Ti-6Al-4V钛合金又称TC4钛合金，
，是典型的α+β相钛合金，
，拥有高强度、、低密度、、高断裂韧度、、优异的耐侵蚀机能和生物相容性[1-2]，
，被宽泛用于航空航天、、船舶、、汽车、、能源、、医疗、、化工和生物医药等行业[3]。。选择性激光溶解（SelectiveLaserMelting,SLM）技术作为一种典型的基于推算机辅助设计（ComputerAidedDesign,CAD）模型制作零件的激光增材制作技术，
，为一些制作企业提供了一系列市场竞争优势，
，蕴含无需模具和工具的近净成形出产、、高的资料利用效能和水平矫捷性[4-6]。。SLM技术中的激光打印技术拥有较高的温度梯度和较快的冷却速度，
，是出产状态复杂的TC4钛合金零件最有利用远景的附加制作技术之一。。选取SLM技术出产的TC4钛合金的典型组织为柱状β晶！！、、超细非平衡亚稳马氏体α'相和大量位错，
，这种组织分歧于通例退火和铸造后得到的等轴状α相、、晶间β相，
，超细晶粒尺寸和大量位错的存在使资料硬度和强度更高，
，非平衡亚稳α'相对资料的延展性和抗委顿机能不利，
，所以其拉伸机能始终阐发为高强度（抗拉强度极限可达1320MPa[7]）、、低塑性（塑性应变为2%~7%[8-9]）。。选取SLM技术出产的成形件，
，其断后伸长率较低，
，且残存应力较大[10-11]，
，需对其进行热处置。。通常各类形变热处置不能扭转或节制钛合金的显微组织，
，而热处置是改善钛合金的显微组织、、提高其力学机能的唯一蹊径[12]。。

目前，
，关于热处置对选择性激光溶解TC4钛合金机能影响的钻研较多，
，SU等[13]通过试验证了然850℃热处置+水淬、、850℃热处置+550℃固溶处置和热等静压工艺都可提高选择性激光溶解TC4钛合金的拉伸机能和委顿机能。。YAN等[14]通过试验证了然热处置对选择性激光溶解TC4钛合金的相变和硬度均会产生影响。。李笑等[15]钻研了冷却方式、、时效温度、、时效功夫、、固溶温度对选择性激光溶解TC4钛合金室温塑性的影响，
，了局批注固溶后的冷却方式影响最大，
，其次是时效温度。。然而，
，现有报道都只对试样的一个平面（侧面）进行了钻研，
，未思考选择性激光溶解TC4钛合金板材有两个成形面。。

凭据现有钻研，
，并思考α相转变温度，
，笔者钻研了分歧热处置温度对选择性激光溶解TC4钛合金板分歧成形面的显微组织和机能的影响，
，以期为选择性激光溶解TC4钛合金的发展与利用提供理论凭据。。

1、、试验资料与步骤

1.1试验资料

试验资料为球形TC4钛合金粉末，
，选取气相雾化法，
，按表1所示的成形工艺参数和图1所示的打印规划选取逐层旋转扫描战术以XY轴为底向Z轴打印，
，打印出来的TC4钛合金板如图2所示。。

表1选择性激光溶解TC4钛合金板的成形工艺参数

1.2试验步骤

利用线切割机，
，在图2所示板材右边区域截取尺寸为20mm×20mm×8mm的小块，
，再将其均分成16个块状试样，
，切割时对试样顶面和侧面进行象征，
，顶面为XOY面，
，侧面为XOZ面。。在16个块状试样中拔取侧口试样和顶口试样各4个，
，将其分成4组，
，每组蕴含一个顶口试样和一个侧口试样，
，其中1组作为原始试样，
，其他3组依照表2所示的工艺参数进行热处置。。

表2热处置工艺参数

热处置后，
，将试样进行镶嵌、、打磨、、抛光后，
，选取HNO?、、HF、、H?O按体积比混合的溶液侵蚀25s，
，而后用光学显微镜和扫描电镜（SEM）进行微观描摹观察，
，用X射线衍射仪（XRD）分析其相组成。。

选取维氏显微硬度计，
，对热处置后的选择性激光溶解TC4钛合金板试样进行硬度测试，
，每个试样拔取20个测试点，
，取其均匀值。。

2、、试验了局与会商

2.1相组成

如图3所示：α相和α'相晶体结构一样，
，衍射峰的地位也一样，
，所以原始试样中的α'相和α相的所有衍射峰都能够象征为α相[16]。。与原始试样中的β相衍射峰相比，
，顶口试样的β相衍射峰随热处置温度上升的提高水平并不显著，
，当热处置温度上升至950℃时，
，其β相衍射峰提高较多，
，批注顶口试样中的β相含量升高；；侧口试样XRD谱的变动法规与顶口试样的一样；；在分歧热处置温度前提下，
，顶面和侧口试样的衍射峰高度相差不大。。

2.2微观组织

由图4和图5可见：原始顶口试样中存在柱状β相，
，晶内存在大量的针状马氏体α'相；；随着热处置温度的升高，
，顶口试样晶粒逐步粗化，
，β晶粒逐步削减；；原始顶口试样理论呈棋盘描摹，
，这是67°填充角在相邻层之间产生互订交叉的扫描蹊径形成的，
，柱状晶粒中有超细的分层针状马氏体α'相，
，大无数马氏体α'相长轴取向约为特定方向，
，原因是α、、β两相之间存在严格的伯格斯取向关系，
，即(0001)α//{110}β和<1120>α//<111>β[11]；；经750℃/2h+空冷处置后，
，与原始试样相比，
，顶口试样的晶粒尺寸没有显著变动，
，柱状β相晶界内的一部门针状α'相转变为层状α相，
，由此判断该组织为魏氏组织；；经850℃/2h+空冷处置后，
，顶口试样品粒粗化，
，仍可见柱状β晶，
，针状α'相齐全转变为层状α相和β相，
，β晶粒呈小块状且层状α相仍在先前的柱状β相晶内，
，由此判断该组织为网篮组织；；经950℃/2h+空冷处置后，
，顶口试样晶粒显著粗化，
，形成了球状α相，
，根基看不到柱状β相，
，β晶粒荟萃长大变为细棒状，
，形成层状β相转变组织，
，由此判断该组织为双态组织。。

由图6和图7可见：侧口试样的扫描痕迹比顶口试样的深，
，柱状β相越发清澈；；随着热处置温度的升高，
，侧口试样的晶粒逐步粗化，
，柱状β相晶界逐步吞吐，
，这与顶口试样的变动法规一样；；在分歧热处置温度前提下，
，侧口试样均存在柱状β相，
，这与顶口试样分歧。。

2.3硬度测试

由图8可见：原始顶口试样和原始侧口试样的硬度均匀值别离为320HV和317HV；；随着热处置温度的升高，
，顶口试样的硬度从308HV（750℃）降落至291HV（850℃），
，而后又上升至309HV（950℃）；；侧口试样的硬度变动法规与顶口试样的一样，
，其硬度从311HV（750℃）降落至297HV（850℃），
，而后又上升至303HV（950℃）。。由XRD和SEM分析了局可知：在750~850℃热处置时，
，试样重要产生α'相向α相的转变，
，α相为过饱和固溶体，
，其硬度显著高于α'相的硬度；；顶面和侧口试样中均含有大量针状马氏体α'相，
，经750℃/2h+空冷处置后，
，α'相转变为α相，
，试样的硬度降低；；经850℃/2h+空冷处置后，
，针状α'相全数转化为α相和β相，
，其组织以层状α相和小块状β相为主，
，试样硬度降低；；经950℃/2h+空冷处置后，
，顶面和侧口试样硬度升高，
，原因是该热处置温度超过了α相的转变温度（882℃），
，产生了再结晶，
，形成球状α相和层状β相转变组织。。与球状α相相比，
，层状α相的存在会使钛合金的断后伸长率降低，
，层状β相中有较多互订交错分列且藐小的次生α相，
，相界面故障滑移的进行，
，钛合金变形难题，
，在双态组织中层状β相含量较高，
，导致钛合金硬度升高。。

当热处置温度为850℃时，
，针状α'相齐全转变为α相和β相；；当热处置温度（950℃）超过α相转变温度时，
，β相含量升高；；950℃热处置后，
，选择性激光溶解钛合金板顶面根基没有柱状β相，
，且形成了等轴状β相，
，其侧面仍存在柱状β相。。

3、、结论

（1）随着热处置温度的升高，
，选择性激光溶解TC4钛合金板顶面和侧面的针状马氏体α'相不休削减，
，当热处置温度为850℃时，
，针状α'相齐全转变为α相和β相；；当热处置温度（950℃）超过α相转变温度时，
，β相含量升高。。在950℃热处置后，
，选择性激光溶解钛合金板顶面根基没有柱状β相，
，且形成了等轴状β相，
，其侧面仍存在柱状β相。。

（2）未经热处置的选择性激光溶解TC4钛合金板的硬度最大，
，其顶面和侧面的硬度别离为320HV和317HV。。经过分歧温度热处置的钛合金板，
，其顶面和侧面的硬度随着温度的升高呈先减小后增大的趋向。。钛合金板顶面的硬度从308HV（750℃）降落至291HV（850℃），
，而后又上升至309HV（950℃）；；其侧面的硬度从311HV（750℃）降落至297HV（850℃），
，而后又上升至303HV（950℃）。。

参考文件

[1] REZVANIAN P R, L?PEZ P, DAZA A, et al. Enhanced biological response of Ti-6Al-4V alloy through covalent immobilization of AVS-functionalized collagen [J]. Scientific Reports, 2018, 8: 3337.

[2] TODARO D, et al. Grain structure control by three-dimensional-printed ultrasound [J]. Nature Communications, 2020, 11: 142.

[3] TAN W Q, et al. Revealing martensitic transformation and α/β interface evolution in electron beam melted Ti-6Al-4V [J]. Scientific Reports, 2016, 6: 26039.

[4] YANG J J, YU H C, YANG H H, et al. Prediction of microstructure in selective laser melted Ti6Al4V alloy by cellular automaton [J]. Journal of Alloys and Compounds, 2018, 748: 281-290.

[5] YANG H H, YANG J J, HUANG W, et al. The features of selective laser melted Inconel 718 thin wall: printability, microstructure, crystallographic and microhardness [J]. Materials, 2018, 11: 418.

[6] YANG J J, YANG H H, et al. A novel approach to in situ fabricate graded microstructure and properties of selective laser melted Ti-6Al-4V alloy by post treatment [J]. Journal of Alloys and Compounds, 2021, 857: 157552.

[7] WYSOCKI H B, MAJ P, SITEK K, KARTHIK M, et al. Electron beam additive manufacturing of titanium parts fabricated by selective electron beam melting [J]. Journal of Engineering Sciences, 2017, 7 (7): 657.

[8] RAFI N M, RIEMER A, et al. On the microstructures and mechanical performance of TiAl6V4 titanium alloy manufactured by selective laser melting: fatigue crack growth behaviour [J]. International Journal of Fatigue, 2013, 48: 300-307.

[9] LIU S Y, SHIN Y C. Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: a review [J]. Materials & Design, 2019, 164: 107552.

[10] ?ABANOWSKI W, et al. Tint colours on stainless steel welded joints [J]. Welding International, 2011, 25 (7): 509-512.

[10] MERTENS A, REGINSTER S, PAYDAS H, et al. Mechanical properties of alloy Ti-6Al-4V and of stainless steel 316L processed by selective laser melting: influence of out-of-equilibrium phases [J]. Metallurgy, 2014, 57 (3):

[11] MURRL E, QUINONES S M, et al. Microstructure and mechanical behavior of Ti-6Al-4V produced by rapid-layer selective laser melting: microstructures for biomedical applications [J]. Journal of the Biomedical Materials Research, 2009, 2 (1): 20-32.

[12] 刘婉颖，
，朱毅科，
，林元华，
，等。。热处置对 TC4 钛合金显微组织和力学机能的影响 [J]. 资料导报，
，2013, 27 (18): 108-111.

[13] SU C, YU H C, et al. The tensile and fatigue properties of Ti-6Al-4V fabricated by selective laser melting [J]. Journal of Alloys and Compounds, 2018, 764: 1056-1071.

[14] YAN X, CHEN C, HUANG C, et al. Effect of heat treatment on the phase transformation and mechanical properties of Ti-6Al-4V fabricated by selective laser melting [J]. Journal of Alloys and Compounds, 2018,

[15] 李笑，
，李剑. Ti-6Al-4V 合金厚板固溶时效热处置工艺的正交试验优化 [J]. 理化检验（物理分册）, 2021, 57 (3): 14-18.

[16] LEUDERS S, TH?NE M, G?OWACKA J, et al. Heat treatment of selective laser melted Ti-6Al-4V alloy [J]. Powder Metallurgy, 2013, 56 (3): 184-189.

[16] GAYTAN S M, et al. Mechanical behavior of Ti-6Al-4V alloy manufactured by selective laser melting, for biomedical applications [J]. Journal of the Biomedical Materials Research, 2009, 2 (1): 20-32.

有关链接