引言

钛合金(尤其是Ti-6Al-4V)因其委顿强度高?生物相容性好和耐侵蚀等优异机能成为航空航天与生物化工?石油化工等领域的关键资料?传统制作工艺的几何定制能力有限，，且可能引入微观结构缺点，，激光粉末床熔融(LPBF)作为先进的工业技术[1-4],能实现复杂构件的急剧原型开发与高精度制作?

目前，，LPBF技术制备钛合金在工艺参数?微观组织和力学机能等方面的钻研获得了巨猛进展?SQUILLACI等[5-6]钻研发现，，剧烈的温度梯度会导致沿构建方向伸长的原始β晶粒及致密的针状α′马氏体网络的形成?该组织引发显著各向异性行为-力学机能随构建取向产生显著变动[7-8]?后处置工艺(如热等静压HIP?退火等)可将亚稳态α′马氏体转化为平衡态α+β双相组织从而提升资料塑性与韧性[9]?理论粗糙是LPBF制件的主题缺点之一，，会严重降低构件委顿强度?CERRI等[10]钻研批注，，循环载荷下粗糙理论易成为裂纹萌生源，，选取喷丸强化?抛光或涂层处置等理论改性伎俩可有效改善此问题?

选取LPBF成形Ti-6Al-4V合金过程中，，热处置及热等静压对Ti-6Al-4V显微组织有决定性影响?ESHAWISH等[11]指出：热等静压处置能有效解除缺点并诱发再结晶将亚稳相转化为平衡态α+β双相组织?JABER等[12]发现固溶处置+时效可同步提升资料的强度与延长率，，冷却速度及相演变过程显著影响资料拉伸机能?

LPBF构件普遍存在晶粒定向成长导致的力学各向异性?垂直构建方向试样较水平方向出现更高强度但塑性更低这源于β柱状晶的取向差距WILLIAMS等[14]批注，，LPBF制备Ti-6Al-4V拥有较高的极限抗拉强度(UTS)和抗拉强度值，，这与飞机发起机涡轮部件?石油化工等设备及部件的机能预期一致?

LPBF技术制备钛合金因拥有怪异的优势而被宽泛关注，，但是由于成形过程复杂，，制备过程中容易出现缺点，，以及工艺参数设置不当易导致强度和塑性差?本文重要论述LPBF成形Ti-6Al-4V的显微组织特点对力学机能的影响法规，，聚焦于加工前提与机能阐发间的相互作用机制，，为设备制作?石油化工?生物化工等工业利用场景提供重要参考?

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、、LPBF成形Ti-6Al-4V合金的微观描摹

Ti-6Al-4V粉末与球形纯钛粉末通过共振声波混合技术进行混合?制备了两种混合粉末：向Ti-6Al-4V平别离增长质量分数为25%和50%的纯钛粉末，，形成Ti-4.5Al-3V(定名为PT25,D50=37.7μm)和Ti-3Al-2V(定名为PT50,D50=39.8μm)。。。未增长纯钛的原始Ti-6Al-4V作为参照组定名为PT0(D50=33.7μm)，，选取技术对上述粉末进行成形?

高分辨率扫描电镜和电子背散射衍射(EBSD)分析了局证实，，资料在成形方向存在柱状晶成长景象?GOETTGENS等[15]钻研指出，，由于激光粉末床熔融过程中定向热传导的作用，，原始β晶粒出现显著拉长状态并拥有择优取向?这些晶粒内部存在致密交错的针状α′马氏体组织网络虽有助于提升强度，，但会导致脆性断裂偏差?通过退火和热等静压处置后，，该结构可转变为等轴晶组织，，使α+β双相结构的各向异性显著降低。。。DAREHBAGHI等[16]钻研进一步批注，，经热等静压处置的试样因晶粒细化和马氏体含量削减而阐发出优异的各向同性和延展性?

图1扫描电子显微镜图像（a)PT0(b)PT50
、、(c)PT0(d)PT50；图2分歧倍数下扫描电镜二次成像[16]中，，图2(a)显示Cu和Ti-6Al-4V的不齐全混合，，Cu-rich区域通常与孔隙有关，，存在未溶解的球形Ti-6Al-4V颗粒；图2(b)能够看到熔池几何状态?Ti-rich区域和裂纹状特点，，在β-Ti中能够鉴别出藐小的Ti?Cu沉淀物，，图显示Ti?Cu沉淀物包抄着细胞状β-Ti?

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、、LPBF成形Ti-6Al-4V合金过程中的缺点

资料的现实力学机能在很大水平上取决于孔隙率特点?在原始成状态态下，，Ti-6Al-4V合金可能蕴含未熔合孔隙?气孔或匙孔缺点等分歧类型的孔隙，，其具体状态与激光能量密度亲昵有关[17-20]?DU等[21]的钻研批注，，未经后处置的试样孔隙率为0.15%,而经热等静压处置后孔隙率可降至0.05%以下?ESHAWISH等[11]通过显微图像和X射线推算机断层扫描(CT)证实，，热等静压处置能有效解除绝大部门内部孔隙?这些残存孔隙往往会成为裂纹萌生的肇始点，，尤其在委顿载荷前提下更为显著?因而，，对关键承力部件执行适当的后处置工艺，，对于确保其力学机能靠得住性拥有决定性作用?

微观结组成形方向对资料力学机能拥有显著影响?钻研批注，，由于各向异性微观结构的存在，，垂直成形与水平成形试样的极限抗拉强度(UTS)差距可达8%,水平成形试样因柱状晶粒取向与载荷方向一致而阐发出更高的延长率?JABER等[12]的钻研进一步证实了该各向异性特点：垂直成形试样固然硬度和强度更高，，但延展性较差?这些钻研批注，，晶粒分列取向对资料的变形承载机制拥有决定性影响?

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、、LPBF成形Ti-6Al-4V合金的力学机能

3.1拉伸机能

LPBF技术制备的Ti-6Al-4V钛合金的抗拉强度?延长率?屈服强度和显微硬度等指标对石油化工与生物医学应器拥有重要领导意思[22]?

选取LPBF技术制备的Ti-6Al-4V合金由于急剧凝固形成马氏体(α′相)而阐发出高强度(SQUILLACI[5]报道的原始态试样抗拉强度约1100MPa?屈服强度950MPa),但是延展性受限(延长率仅9.2%)?经热等静压和退火工艺处置后，，资料抗拉强度提升至1175MPa,延长率增至10.5%,这归因于马氏体向β相的转变；而固溶处置[12]可进一步提高延长率至14%,同时屈服强度也有肯定提升?

这些发现与ESHAWISH[11]的钻研了局一致，，批注热等静压处置可使孔隙闭合和残存应力解除，，能在不损失强度的前提下显著改善资料延展性，，数据如表1所示?

表1原始态PT0?PT25和PT50的拉伸机能

3.2显微硬度与强度

图5为PT0?PT25和PT50三种试样在原始态下的显微硬度测试了局?能够显著观察到，，随着纯钛(CPTi)增长量的增长，，资料硬度出现降落趋向，，这批注资料强度相应降低?PT0和PT25以及PT25和PT50之间的硬度差约为38HV?

LPBF技术制备的Ti-6Al-4V合金显微硬度与其微观结构亲昵有关?原始态下由于针状马氏体的存在[23],硬度值通常维持在340~390HV?LEKOADI等[24]钻研批注通过扭转激光工艺参数(重要是功率和扫描速度)使冷却速度和马氏体体积分数产生变动，，从而对硬度产生关键影响?经800°C热处置后，，资料组织转变为层状α+β相，，硬度略微降低至约320HV[14],但韧性和委顿强度显著提升?这种机能调控批注：原始态结构在静态强度利用领域拥有优势，，而经过后处置的合金则更合用于接受循环载荷或必要抗冲击性的工况环境?

3.3委顿机能

LPBF技术制备的Ti-6Al-4V合金的委顿机能对内部缺点?理论质量和微观结构极为敏感?CERRI等[10]的钻研批注，，经抛光处置的试样其委顿强度可达原始粗糙理论的两倍?GAO等[7]通过试验证实，，选取微加工和涂层等理论改性工艺能有效克制裂纹萌生，，从而显著改善委顿机能?经过特定后处置的试样(微观结构优化20%?宽度缩减20%)展示出更优异的委顿寿命?DU等[21]的钻研进一步揭示，，热等静压处置不仅使孔隙率显著降低，，还不变了资料微观组织，，最终使委顿强度提升15%~20%?

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、、结论与瞻望

本文深刻阐释了LPBF成形Ti-6Al-4V合金的微观结构与力学机能特点?钻研证实，，LPBF技术可制备拥有复杂几何状态的高强度轻质钛合金部件，，在航空航天?石油化工?生物化工和汽车工业等领域展示出重要利用价值?但LPBF固有的三大个性：极高凝固速度?剧烈温度梯度?逐层加工方式会导致针状α′马氏体组织和各向异性晶粒成长，，这些特点虽有助于提升强度，，但会显著降低资料的延展性和委顿强度?通过热等静压等后处置技术可有效改善上述问题，，重要表此刻：一方面将微观结构转变为韧性更优的α+β双相组织，，另一方面显著降低内部孔隙率?理论处置工艺则能解除粗糙度有关的应力集中源，，从而提升委顿机能?工艺参数和成形取向对LPBF技术制备的Ti-6Al-4V合金的力学机能拥有决定性影响?

只管目前关于LPBF技术制备钛合金的钻研获得诸多进展，，但该领域还存在测试步骤尺度化缺失?粉末反复使用影响成形部件的机制不明确?实时监测技术待开发等问题?将来钻研应聚焦在原位合金化技术开发?职能梯度资料制备?基于人为智能的工艺优化等方向?

参考文件

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（注，，原文标题：激光粉末床熔融制备Ti-6Al-4V钛合金的钻研进展）

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