Ti-6Al-4V(TC4)鈦合(he)金是(shi)目(mu)前在(zai)快速成(cheng)形技術中應(ying)用(yong)最(zui)多的(de)(de)金屬材料，Ti-6Al-4V鈦合(he)金具有(you)密度(du)低(di)、強度(du)高(gao)、耐(nai)熱及(ji)(ji)耐(nai)腐蝕性能好、生(sheng)物相容性優異等優點(dian)。在(zai)快速成(cheng)形技術的(de)(de)發展和(he)應(ying)用(yong)普(pu)及(ji)(ji)過程中，缺乏相應(ying)的(de)(de)技術標準已經是(shi)限制其(qi)快速發展和(he)應(ying)用(yong)普(pu)及(ji)(ji)的(de)(de)重要(yao)因素之一。統(tong)一的(de)(de)技術標準有(you)助于使(shi)快速成(cheng)形零件(jian)質(zhi)量(liang)更(geng)可靠，更(geng)容易被用(yong)戶接受和(he)應(ying)用(yong)普(pu)及(ji)(ji)，工藝過程和(he)質(zhi)量(liang)更(geng)加穩定，也有(you)助于降低(di)快速成(cheng)形零件(jian)的(de)(de)生(sheng)產(chan)成(cheng)本。充分(fen)了解TC4快速成(cheng)形零件(jian)質(zhi)量(liang)標準和(he)要(yao)求對生(sheng)產(chan)商和(he)用(yong)戶都是(shi)十分(fen)必要(yao)的(de)(de)。本文結(jie)合(he)最(zui)新的(de)(de)ASTM F2924-14《Ti-6Al-4V 粉末熔(rong)化粉床增材制造標準》為大家分(fen)析說明TC4快速成(cheng)形零件(jian)生(sheng)產(chan)過程的(de)(de)質(zhi)量(liang)和(he)性能要(yao)求。

1、ASTM F2924-14簡介

2009年(nian)美(mei)國材(cai)料(liao)與試(shi)驗(yan)協會(hui)(hui)（ASTM）成立了專(zhuan)門的增材(cai)制(zhi)造技(ji)術(shu)委員會(hui)(hui)ASTM F-42，下設試(shi)驗(yan)方法(fa)、設計、材(cai)料(liao)和(he)工(gong)藝、人員、術(shu)語等分委會(hui)(hui)。ASTM F2924正是(shi)美(mei)國材(cai)料(liao)與試(shi)驗(yan)協會(hui)(hui)頒布的一項Ti-6Al-4V粉床熔(rong)化快(kuai)速成形(xing)技(ji)術(shu)標準，適用于現有的激光選(xuan)區(qu)熔(rong)化快(kuai)速成形(xing)（Selective Laser Melting，SLM）和(he)電子(zi)束(shu)選(xuan)區(qu)熔(rong)化快(kuai)速成形(xing)（Eelectron Beam Additive Manufacturing, EBAM）。目(mu)前ASTM F2924已有兩個版本(ben)，分別是(shi)ASTM F2924-12和(he)ASTM F2924-14。ASTM F2924-14與ASTM F2924-12相比在質量等級劃分、顯(xian)微組織(zhi)要求方面(mian)有更新和(he)改進。

2、質量等級的劃分

ASTM F2924-14中(zhong)根據(ju)零(ling)件(jian)的(de)(de)質量要求(qiu)和不(bu)同(tong)熱處理狀態將(jiang)快速成形(xing)零(ling)件(jian)質量等(deng)級分(fen)為A、B、C、D、E、F共6個等(deng)級，如表1所示。用戶(hu)可根據(ju)不(bu)同(tong)的(de)(de)需求(qiu)與快速成形(xing)零(ling)件(jian)制(zhi)造商(shang)通(tong)過協商(shang)選擇(ze)合適(shi)的(de)(de)質量等(deng)級。

表1 Ti-6Al-4V快速成形零件(jian)質(zhi)量等級劃分

3、化學成分要求

ASTM F2924-14中規定(ding)，除(chu)過(guo)Class E以(yi)外，粉(fen)末快(kuai)速(su)成(cheng)形零件的化學成(cheng)分都應符合表2中的規定(ding)，從表中可以(yi)看出其化學成(cheng)分與鍛件基(ji)本相同(tong)。

表2 Ti-6Al-4V粉末快速成(cheng)形零件化(hua)學成(cheng)分要(yao)求(qiu)

4、拉伸力(li)學性能要(yao)求

ASTM F2924-14中規(gui)定(ding)應(ying)分(fen)別(bie)從(cong)X、Y、Z三個(ge)制造方向(xiang)檢(jian)測快(kuai)(kuai)速(su)成形零件的拉(la)伸(shen)力(li)學性(xing)(xing)(xing)能，試樣(yang)的來源可(ke)是分(fen)別(bie)沿三個(ge)方向(xiang)沉積制造拉(la)伸(shen)試樣(yang)，或者(zhe)是從(cong)大的成形零件上(shang)截取(qu)。X、Y、Z三個(ge)方向(xiang)的拉(la)伸(shen)試驗(yan)性(xing)(xing)(xing)能數值均應(ying)符(fu)合表3中的規(gui)定(ding)。從(cong)表中我們也可(ke)以看(kan)出ASTM F2924-14快(kuai)(kuai)速(su)成形零件的拉(la)伸(shen)性(xing)(xing)(xing)能要(yao)求與鍛(duan)件的性(xing)(xing)(xing)能要(yao)求基本差不多。

ASTM F2924-14中規定試(shi)(shi)(shi)樣(yang)可以是(shi)經機(ji)械(xie)加(jia)工的(de)試(shi)(shi)(shi)樣(yang)，也可以是(shi)近凈成形(xing)的(de)試(shi)(shi)(shi)棒。盡管在平(ping)臺上不同(tong)位置和(he)不同(tong)方(fang)向力學(xue)性能可能會有差異，標準中并沒有規定試(shi)(shi)(shi)棒試(shi)(shi)(shi)樣(yang)的(de)沉積制造的(de)位置，但(dan)是(shi)ASTM F2971-13中要求(qiu)拉(la)伸試(shi)(shi)(shi)驗時必須(xu)注明試(shi)(shi)(shi)樣(yang)在成形(xing)設備(bei)內(nei)的(de)位置和(he)制造方(fang)向。

ASTM F2924-14標準中沒有強制規(gui)定拉(la)伸試樣是應在熱處(chu)理(li)前還是熱處(chu)理(li)后，這一(yi)點需要(yao)供需雙方協商(shang)確定，但是不管哪一(yi)種狀態的試樣都應該符合表3中的要(yao)求。

表3 Ti-6Al-4V粉末快速(su)成形(xing)零件拉伸性(xing)能要(yao)求(qiu)

5、金屬微觀組織(zhi)性能要(yao)求(qiu)

ASTM F2924-14標準(zhun)規定最終(zhong)完成交付(fu)的快速成形零件表面不允(yun)許(xu)有(you)α污染層(ceng)，但是(shi)(shi)在(zai)供(gong)(gong)需(xu)雙方認可的情況(kuang)下(xia)允(yun)許(xu)采(cai)用(yong)適當的后處理措施(shi)去除α污染層(ceng)。ASTM F2924-14標準(zhun)對于Ti-6Al-4V合金零件微觀組織結構(gou)并沒有(you)強(qiang)制(zhi)性(xing)規定，比(bi)如α相是(shi)(shi)否可以是(shi)(shi)針狀(zhuang)、片層(ceng)狀(zhuang)、等軸、或網籃狀(zhuang)組織，以及(ji)是(shi)(shi)否允(yun)許(xu)初生β晶界上(shang)有(you)連續的α相，柱狀(zhuang)晶的尺(chi)寸等，這些需(xu)要供(gong)(gong)需(xu)方協商確定。

6、熱處理和交貨狀(zhuang)態(tai)要求

如表1所示。

7、無損探傷和(he)其(qi)他性能檢測

除以上要求外(wai)，ASTM F2924-14對(dui)快速成形(xing)零件表(biao)面質量和(he)內部(bu)質量并(bing)沒(mei)有強制要求。標準中(zhong)提(ti)到如果(guo)用(yong)戶有上述(shu)需求可以與制造商(shang)(shang)通過協(xie)商(shang)(shang)進行(xing)液體滲透 、射線(xian)探傷(shang)、硬(ying)度檢測(ce)、斷(duan)裂韌性試驗(yan)(yan)、疲勞(lao)試驗(yan)(yan)、裂紋擴展速率試驗(yan)(yan)等。

8、結束語

目前在我國快速(su)(su)成(cheng)形(xing)技術處于快速(su)(su)發展(zhan)階段，金屬直接沉積以及鈦(tai)合金激光快速(su)(su)成(cheng)形(xing)大型(xing)關鍵、重(zhong)要承力部件已經在飛機(ji)上使用(yong)和(he)試驗(yan)，相信快速(su)(su)成(cheng)形(xing)標(biao)準能(neng)夠加速(su)(su)這項技術在各個領域的(de)發展(zhan)和(he)應用(yong)普及。