Ti-4Al-3V（TC4）钛合金是一种中等强度的两相钛合金，，拥有强度高、、、密度低、、、耐侵蚀机能优良等 特点[1]，，在航空航天、、、船舶等领域有着宽泛利用。。随着现代航空航天等领域在高载荷、、、高点火效能等方 面需要的提高，，钛合金必要拥有更高的硬度、、、强度、、、抗蠕变机能等以满足使用需要[2-3]。。目前铸态和锻 态的钛合金在抗拉强度、、、强塑机能等方面与航空航天等领域的利用需要依然有差距[4]，，而选取3D打印即 急剧成型技术能够实现钛基复合伙料的加工，，该技术以数字模型文件为基础，，使用金属粉末等可粘合伙料在 激光热输入作用下逐层打印来获取所必要的成形件[5-6]，，拥有出产效能高、、、制作矫捷以及可打印复杂形 状零部件等的利益，，在现代航空航天、、、船舶等领域有着优良利用远景[7]。。在此基础上，，本文尝试性选取 3D打印技术制备了分歧Ｃ含量（质量分数）的Ti-4Al-3V-ｘＣ钛合金（ｘ＝0，， 0.12，，0.23，，0.39和0.62），，对比分析了分歧Ｃ含量钛合金的显微组织、、、硬度、、、蠕变机能和拉伸机能 ，，了局将有助于高综合机能的钛合金复合伙料的开发，，并推动其在更宽泛领域的利用。。

1、、、试验资料与步骤

1.1　试验资料

试验原料为粒径125μm的Ti-4Al-3V（TC4）钛合金粉末、、、粒径60μm的Ｃ粉，，纯度都为99.８％。。

1.2　制备步骤

为了制备分歧Ｃ含量的Ti-4Al-3Ｖ-ｘＣ钛合金（ｘ＝0，，0.12，，0.23，，0.39和0.62，， 质量分数，，下同），，按成分配置将粉末置于行星球磨机中，，以350ｒ／ｍｉｎ速度混合均匀后喷入气溶胶 （体积分数2.８％的聚乙烯醇）持续搅拌15ｍｉｎ，，得到混合粉末预聚体[８]。。别离选取ＹＡＧ激光器 和ＣＯ2激光器3Ｄ打印钛合金（激光立体成形），，其中，，ＹＡＧ激光器的功率为1kW、、、脉宽7ms、、、频 率15Hz、、、光斑直径1mm、、、扫描速度3mm/ｓ、、、载气流量6L/min、、、送粉量4g/min，，CO2激光器的功率为 1.5ｋＷ、、、光斑直径2mm、、、扫描速度10mm／ｓ、、、载气流量6L/min、、、送粉量4g/min。。

1.3　测试步骤

选取线切割步骤切割块状试样，，磨抛和Ｋｒｏｌｌ试剂侵蚀后选取ＪＥＯＬ　。剩樱-6400型扫描电镜 观察显微描摹并用能谱仪测试成分；；使用ＤＵＨ-222Ｂ型纳米压痕仪测试纳米硬度，，加载载荷和速度别离 为1.96ｍＮ和45ｍＮ/ｓ，，保压功夫节制在40ｓ，，别离得到硬度、、、弹性模量、、、蠕变等了局[9]；；拉伸性 能使用纳克ＧＮＴ300电子拉伸试验机进行测试，，温度为室温，，了局取6根试样均匀值，，拉伸速度为1mm /min。。

2、、、试验了局与分析

图1为分歧制备工艺下激光3Ｄ打印Ti-4Al-3Ｖ-0.62Ｃ钛合金的显微组织。。对比分析可知，，选取ＹＡ Ｇ激光器和CO2激光器3Ｄ打印钛合金的显微组织存在显著差距，，固然在凝固后纤维组织中都存在亮白色 的ＴｉＣ颗粒，，但是ＴｉＣ颗粒的尺寸、、、散布和面积分数都分歧。。

其中，，选取ＹＡＧ激光器3D打印钛合金中的TiC颗粒尺寸藐小、、、散布均匀，，而CO2激光器3Ｄ打 印钛合金中的TiC颗粒尺寸较大、、、数量较小。。整体而言，，选取ＹＡＧ激光器3Ｄ打印钛合金中的TiC颗粒尺寸和散布切合预期要求[10]，，后续重要选取ＹＡＧ激光器3Ｄ打印。。

图2为激光3Ｄ打印钛合金的载荷-位移曲线和力学机能，，别离列出了Ｃ含量为0.12％、、、0.23％、、、 0.39％和0.62％时钛合金的载荷-位移曲线、、、硬度和弹性模量。。从图2（ａ）的载荷-位移曲线可知，，随着 钛合金中Ｃ含量增长，，纳米压痕深度逐步减小，，且含Ｃ的钛合金的纳米压痕深度都小于不含Ｃ的钛合金，， 由此可见，，在钛合金中参与Ｃ有助于减小纳米压痕深度。。从图2（ｂ）的硬度和弹性模量测试了局看，，增长Ｃ 的钛合金的硬度和弹性模量都高于未增长Ｃ的钛合金，，且随着Ｃ含量从0.12％增长至0.62％，，含Ｃ 钛合金的硬度和弹性模量逐步增长，，在Ｃ含量为0.62％时，，含Ｃ钛合金的硬度从2.72ＧＰａ增长至4.2８Ｇ Ｐａ，，弹性模量从70.3ＧＰａ增长至100.9ＧＰａ，，这重要是由于在钛合金中参与Ｃ能够起到固溶强化和 析出强化作用[11-12]，，且Ｃ含量越高则3Ｄ打印钛合金中ＴｉＣ的析出量会越多，，第二相强化作用愈发 显著，，硬度提升的同时弹性模量增大[13]。。

 图3为激光3Ｄ打印钛合金的蠕变机能测试了局，，别离列出了荷载-位移、、、蠕变深度-保压功夫和蠕 变速度-保压功夫曲线。。从图3（ａ）的荷载-位移曲线可知，，含Ｃ的钛合金的蠕变深度都小于不含Ｃ的 钛合金，，且随着Ｃ含量增长，，蠕变深度出现逐步减小趋向，，可见在钛合金中参与Ｃ能够肯定水平上提升其抗 蠕变机能；；从图3（ｂ）的蠕变深度-保压功夫曲线可知，，随着保压功夫的耽搁，，分歧Ｃ含量的钛合金的蠕 变深度都出现逐步增长的趋向，，但是在一样保压功夫下，，含Ｃ钛合金的蠕变深度都小于不含Ｃ钛合金，，且Ｃ 含量越高则钛合金的蠕变深度越小。。从图3（ｃ）的蠕变速度-保压功夫曲线可知，，随着保压功夫的耽搁 ，，分歧Ｃ含量的钛合金的蠕变速度都出现逐步减小的趋向，，在一样保压功夫下，，不含Ｃ钛合金的蠕变速度 最大。。整体而言，，在钛合金中参与Ｃ能够有助于资料抗蠕变机能提升。。

 图3为激光3Ｄ打印钛合金的蠕变机能测试了局，，别离列出了荷载-位移、、、蠕变深度-保压功夫和蠕 变速度-保压功夫曲线。。从图3（ａ）的荷载-位移曲线可知，，含Ｃ的钛合金的蠕变深度都小于不含Ｃ的 钛合金，，且随着Ｃ含量增长，，蠕变深度出现逐步减小趋向，，可见在钛合金中参与Ｃ能够肯定水平上提升其抗 蠕变机能；；从图3（ｂ）的蠕变深度-保压功夫曲线可知，，随着保压功夫的耽搁，，分歧Ｃ含量的钛合金的蠕 变深度都出现逐步增长的趋向，，但是在一样保压功夫下，，含Ｃ钛合金的蠕变深度都小于不含Ｃ钛合金，，且Ｃ 含量越高则钛合金的蠕变深度越小。。从图3（ｃ）的蠕变速度-保压功夫曲线可知，，随着保压功夫的耽搁 ，，分歧Ｃ含量的钛合金的蠕变速度都出现逐步减小的趋向，，在一样保压功夫下，，不含Ｃ钛合金的蠕变速度 最大。。整体而言，，在钛合金中参与Ｃ能够有助于资料抗蠕变机能提升。。

合金的位错密度都高于不含Ｃ钛合金，，且含Ｃ钛合金的位错密度随着Ｃ含量增长逐步增大，，在Ｃ含量 为0.62％时达到最大值（9.21×10¹²ｃｍ^－2）。。这重要是由于随着Ｃ含量增长，，钛合金的硬度最大，， 压头压入过程中形成的加工硬化成效愈发显著[14]，，塑性变形过程中位错会不休增殖而使得位错密度升高 。。但是钛合金中Ｃ含量并不是越高越好，，若是Ｃ含量过高，，硬度增长的同时会肯定水平上影响塑性和韧性，，因而，，必要找到相宜的Ｃ增长量以实现优良的强塑性和韧性结合。。

图5为激光3Ｄ打印钛合金的拉伸机能测试了局。。从图5（ａ）的应力-应变曲线可知，，含Ｃ和不含Ｃ 钛合金的应力-应变曲线都较为类似，，都存在弹性变形、、、屈服和强化阶段，，断裂时不含Ｃ的钛合金应变最 大，，而Ｃ含量越高则钛合金断裂时的应变越小，，相应地塑性越差；；从图5（ｂ）的强度和断后伸长率测 试了局可知，，含Ｃ钛合金的抗拉强度和屈服强度都高于不含Ｃ钛合金，，而断后伸长率都低于不含Ｃ钛合金 ，，尤其是当Ｃ含量增长至0.39％及以上时，，含Ｃ钛合金的断后伸长率降落较为显著。。当Ｃ含量为0.23％ 时，，3D打印钛合金的抗拉强度、、、屈服强度和断后伸长率别离为1　07８ＭＰａ、、、921ＭＰａ和11.6％，，高 于铸造TC4钛合金（抗拉强度≥８60ＭＰａ、、、屈服强度≥75８ＭＰａ、、、断后伸长率≥８％）和锻态 TC4钛合金（抗拉强度≥930ＭＰａ、、、屈服强度≥８60ＭＰａ、、、断后伸长率≥10％），，拥有相对较好的 综合机能。。

 图6为激光3D打印Ti-4Al-3V-0.23Ｃ钛合金的显微组织。？？杉，，在钛合金内部存在不规定形 状的棒状或者片状析出物，，能谱分析批注其重要含有Ｔｉ和Ｃ元素，，结合文件可知，，这些不规定状态的 析出物为TiC，，在钛合金中能够起到颗粒加强作用，，但是较大尺寸的TiC会形成裂纹源而降低塑性 。。结合前述的测试了局可知，，在钛合金中参与Ｃ，，其中一部门Ｃ会以固溶大局存在并起到固溶强化作用 ，，而另一部门Ｃ则会与Ｔｉ产生反映而形成状态不规定的TiC，，藐小弥散的颗粒状TiC能够起 到颗粒强化作用，，而较大尺寸的TiC则会产生应力集中并萌生裂纹而降低塑性和韧性。。

3、、、结论

1）随着钛合金中Ｃ含量增长，，纳米压痕深度逐步减小，，且含Ｃ的钛合金的纳米压痕深度都小于不含 Ｃ的钛合金，，由此可见，，在钛合金中参与Ｃ有助于减小纳米压痕深度。。

2）含Ｃ钛合金的位错密度都高于不含Ｃ钛合金，，且含Ｃ钛合金的位错密度会随着Ｃ含量升高而逐步增 大，，在Ｃ含量为0.62％时位错密度达到9.21×1012ｃｍ－2。。

3）含Ｃ钛合金的抗拉强度和屈服强度都高于不含Ｃ钛合金，，而断后伸长率都低于不含Ｃ钛合金，， 尤其是当Ｃ含量增长至0.39％及以上时，，含Ｃ钛合金的断后伸长率降落较为显著。。当Ｃ含量为0.23％时，， 3Ｄ打印钛合金的抗拉强度、、、屈服强度和断后伸长率别离为1　07８ＭＰａ、、、921ＭＰａ和11.6％。。

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