媒介

大型TC4钛合金构件制作技术已被公以为是飞机、、航空发起机等重大设备制作的主题关键技术之一，，
，铸造成形是该类钛合金零件加工的重要步骤之一^{[1，，
，2]}，，
，但是目前面对集成度、、精密度越来越高的大型复杂钛合金构件，，
，整体锻压成形的传统制作技术已经不能满足当前的制作要求。 尤其是在航空航天领域，，
，如新型飞机主承力大型结构件，，
，其部门存在 薄壁高筋、、异形凸耳等复杂精密结构，，
，其成形对设备吨位要求极高，，
，且制作效能低下，，
，成本极高。近年来，，
，塑性成形与其他技术交叉及结合的步骤不休涌现，，
，其中将增材制作与铸造技术相结合的步骤，，
， 充分阐扬增材制作高机能、、精密化、、柔性化的特点和传统技术制作不规定构件的成本、、效能优势，，
，切合航空航天等国之重器领域中关键结构件对高效能、、低成本、、高机能制作技术的火急需要^[3-7]。 若将增材制作技术与传统制作成形相结合，，
， 在传统锻压获得的单一结构的大型零部件上激光增材制作成形部门尺寸相对较小的复杂结构，，
，这将是制作这一类零构件高效的、、低成本的复合制作伎俩。 但目前国内外学者在该领域的有关钻研刚起步，，
，尚未见到复合制作TC4钛合金构件工程利用的报道^{[1，，
，6，，
，8，，
，9]}。

1、、TC4钛合金激光增材复合制作钻研进展复合成形工艺钻研

基于激光沉积制作技术（LDM）和激光选区溶解技术（SLM），，
，张力书[10]、、王维[6]钻研了 TC4钛合金LDM要SLM 复合成形工艺，，
，会商了复合成形过程中组织演变法规及复合件组织对机能的影响。 钻研发现，，
， 在相宜的激光混合制作工艺参数前提下，，
， 获得TC4钛合金复合件无显著缺点，，
，切合成形件尺度。

曹铭[11]钻研了 TC4钛合金锻件上 LMD 成形复杂结构的复合制作工艺，，
，通过调整工艺参数、、分歧预处置工艺及热处置制度，，
， 得到该复合制作工艺最佳工艺参数为为激光功率激光功率 5000W、、 扫描速度1200mm/min、、送粉速度 750g/h、、搭接率 50%；TC4钛合金锻件理论最佳结合理论质量为粗糙度 Ra=25；热处置制度为 940℃，，
，30min+560℃，，
，4h，，
，空冷，，
，可获得最佳力学机能。

王亚辉等[1]钻研了 LSF（激光立体成形技术）和铸造 TC4钛合金复合成形工艺，，
，选取单向拉伸等尝试对复合成形件机能进行测试，，
，选取金相显微镜、、电子显微镜等表征伎俩对其微观组织以及拉伸断口进行显微观察，，
，发现激光功率为 1000W 前提成形的复合件，，
， 其室温抗拉强度为 1091MPa，，
， 屈服强度995MPa，，
，能达到铸造基体水平拉伸机能最好，，
，且复 合制作 TC4 结合区的热影响区（0.2mm）由组织显著分歧的过渡区 1 和过渡区 2 组成，，
， 与其经历的热影响具体过程有关。

王瑞等[12]以飞机 TC4钛合金衔接箱体这种带部门复杂结构的关键金属构件为典型利用对象，，
， 钻研在退火态TC4锻件传统制作基体上激光立体成形（LSF）部门复杂/精密结构的复合制作工艺，，
，钻研发现，，
，当激光功率为1500W，，
，扫描速度为 15mm/s，，
，基体预热温度为 400℃时，，
，能够制作出合格零件（图 1），，
，同时，，
，大大地缩短了制作功夫，，
，降低了资料用量，，
，提升了制作效能。

2、、TC4钛合金复合件成形组织演变法规及力学机能钻研

朱言言等^[13]以TC4钛合金锻件作为基体，，
，选取分歧单层层厚的两种典型增材工艺参数激光选区溶解（SLM）制备出复合制作TC4钛合金试样，，
，通过金相和扫描组织表征、、室温拉伸测试及断口描摹观察，，
，分析两种工艺的复合制作TC4 试样显微组织和拉伸机能特点，，
， 揭示了梯度组织结合区的组织形成机理和变形行为，，
， 获得铸造+激光选区溶解复合制作 TC4钛合金的成形工艺参数和组织机能调控步骤。

张力书[10]基于激光沉积制作（LDM）技术与选区激光熔融（SLM）技术，，
，钻研了 LDM-SLM 复合成形TC4钛合金组织与机能，，
， 会商了 LDM-SLM 复合成形 TC4钛合金沉积过程中的组织演变法规，，
，并钻研了组织对机能的影响。 了局发现，，
，LDM-SLM 复合成形 Ti-6Al-4V 合金试样沉积态显微组织是由底部的SLM 区细长针状 α'马氏体经热影响区过渡到顶部的 LDM 区细长α板条。 沉积态 SLM 成形 Ti-6Al-4V 钛合金试样全数由细长针状 α'马氏体组成，，
，沉积态 LDM 成形 Ti-6Al-4V 钛合金试样重要由细长琢 板条及少量 β相与针状 α'马氏体组织；复合成形试样力学机能出现显著的各向异性： 横向取样的抗拉强度极限与屈服强度高于纵向取样，，
，而塑性相反。

Zhao Zhuang 等^[14]选取 LSF 工艺修复铸造 TC4钛合金基材，，
， 观察分析了修复件的显微组织和力学机能，，
，了局发现，，
，修复态 TC4钛合金的宏观组织能够分为三个区域：LDZ（激光沉积区域）、、HAZ（热影响区）和 SZ（基体区域）。 LDZ 区域的微观组织总体上出现陆续转变： 底部是由网篮组织和魏氏体组织组成的复合描摹，，
，而顶部齐全呈针状魏氏体描摹。

Ma J 等 ^[15] 钻研了 Ti-6Al-4V 合金锻件和 LSF激光增材复合成形件热影响区域（HAZ）的的微观组织和力学机能。 了局批注，，
，由于分歧的热影响，，
，HAZ区域的微观组织从下到上出现梯度变动 （图 2）。

HAZ 底部区域呈等轴 α相和层状 α相双重组织。HAZ 中部区域析出大批次生 α相； 而在 HAZ 上部区域，，
，为魏氏组织，，
，含有更细的层状 α相。 拉伸机能的丈量批注，，
， 结合区域较基体和增材区拥有更高的抗拉强度和屈服强度，，
，但伸长率较低。所有拉伸试样的断裂地位都位于基体和远离热影响区的地位，，
，这进一步批注 HAZ 次生 α相的形成对高强度有极大的贡献。

3、、TC4钛合金复合件成形件热处置钻研

Zhang 等^[16]钻研了热处置对 LSF 成形的TC4钛合金微观结构和机械机能的影响：固溶 4~8h，，
，固溶温度在β 转变线下 20~50℃，，
，时效 4~8h，，
，时效温度在 550~600℃能得到最好的力学机能增材结构件。

WangW 等^[17]基于激光沉积制作（LDM），，
，对拥有特殊设计的 V 形槽的 Ti-6Al-4V 钛合金锻件进行衔接，，
，而后对接头进行热处置，，
，并对热处置后的沉积区和基板组织及力学机能进行钻研。发现，，
，热处置对结合区 α相和 β相的比值、、巨细和散布有显著的影响。 沉积态原样和固溶+时效处置态接头件抗拉强度更高，，
，而时效态和退火态试样强度较低（图 3），，
，并低于基体的强度，，
， 但热处置工艺对接头的塑性险些没有影响。 相宜的热处置工艺能够同时满足基体和接合区力学机能的要求。

张力书[10]针对 LDM-SLM 复合成形试样进行退火等热处置，，
，对其组织演变进行分析，，
，试样经退火处置后，，
， 复合成形试样的 SLM 区与 LDM 区均重要由α相、、β相及少量 α'马氏体组成。随着退火温度的升高，，
，复合成形试样强度略有降低但塑性显著提高，，
，断裂方式由韧性断裂转变为半解理半韧性断裂。 当退火温度为 850℃时，，
，出现双颈缩景象，，
，综合机能显著改善；随着循环热处置次数的增长，，
，细长针状 α'马氏体逐步转变为 α相与次生 β相，，
，且 α相不休产生粗化，，
，且 LDM 区、、SLM 区及热影响区的 α相长宽比逐步减小，，
，显微硬度逐步减小，，
，塑性得到显著改善。

实现语

近年来，，
，随着激光增材制作技术的发展，，
，国内外学者对TC4钛合金的激光增材技术进行了更深刻的钻研，，
，但是针对 TC4钛合金激规复合制作的深刻钻研还较少，，
， 目前仅停顿在复合件分歧区域的微观组织和拉伸机能的对比钻研，，
， 在复合件的内部缺点节制技术、、缺点无损检测、、高温力学机能（蠕变、、委顿等）及整体适应性热处置等方面还需作进一步钻研。

[参考文件]

[1]王亚辉，，
，黄亮，，
，刘翔等.基于增材制作和铸造复合成形的TC4钛合金组织和机能钻研[J].罕见金属，，
，2021（8）：8.

[2]何晓娣.基于 TA15 钛合金锻材的激规复合制作工艺机能钻研[D].沈阳航空航天大学，，
，2019.

[3]BambachM，，
，SizovaI，，
，SydowB，，
，etal.HybridManufacturing of ComponentsfromTi-6Al-4VbyMetalFormingand Wire-ArcAdditiveManufacturing[EB/OL].https：//www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0924013620301035.2020-08.

[4]LIUQ，，
，WANGY，，
，ZHENG H，，
，et al.Microstructureand mechanicalpropertiesofLMD-SLMhybridforming Ti6Al4Valloy[J].MaterialsScience&EngineeringA，，
，2016 （660）：24-33.

[5]ZHUY，，
，LIJ，，
，TIANX，，
，et al.Microstructureandmechanical propertiesofhybridfabricatedTi-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si titanium alloybylaseradditive manufacturing[J].Materials ScienceandEngineering：A，，
，2014（1）：427-434.

[6]王维，，
，张力书，，
，李长富，，
，钦兰云，，
，杨光，，
，刘艳梅.LDM-SLM 复合成形 Ti6Al4V 钛合金的显微组织及力学机能[J].红外与激光工程，，
，2019（S2）：13-21.

[7]张海鸥，，
，向鹏洋，，
，芮道满等.金属零件增量复合制作技术[J].航空制作技术，，
，2015（10）：34-36.

[8]WangYudai，，
，TangHaibo，，
，Fang Yanli，，
，WangHuaming.Mi- crostructureandmechanicalpropertiesofhybridfabricated  1Cr12Ni2WMoVNbsteelbylasermeltingdeposition[J].ChineseJournalofAeronautics，，
，2013（02）：481-486.

[9]钦兰云，，
，何晓娣，，
，赵朔，，
，杨光，，
，张雄伟.循环热处置对激规复合制作 TA15 合金组织及机能影响[J].罕见金属，，
，2020（02）：139-146.

[10]张力书.激光混合增材制作 TC4 工艺钻研[D].沈阳航空航天大学，，
，2019.

[11]曹铭.TC4钛合金锻件上 LMD 成形复杂结构的界面组织及机能调控[D].北华航天工业学：，，
，2020.

[12]王瑞，，
，冯军，，
，李辉，，
，杨健，，
，马健凯.飞机用 TC4钛合金衔接箱体复合制作技术钻研[J].铸造技术，，
，2021（08）：656-661.

[13]朱言言，，
，李冲，，
，刘玉婷，，
，田象军.复合制作 TC4钛合金组织与拉伸机能[J].航空制作技术，，
，2021（17）：14-20.

[14]ZhaoZhuang，，
，Chen，，
，et al.MicrostructureandMechanical PropertiesofLaserRepairedTC4TitaniumAlloy[J].RareMetalMaterials&Engineering，，
，2017（7）：1792-1797.

[15]MaJ，，
，ZhangY，，
，Li J，，
，etal.MicrostructureandMechanical PropertiesofForging-AdditiveHybridManufacturedTi-6Al-4VAlloys[EB/OL].https//www.sciencedirect.com/sci-ence/article/abs/pii/S0921509321002537.2021-04-15.

[16]Heat-treatedmicrostructureandmechanicalpropertiesoflasersolidformingTi-6Al-4Valloy[J].RareMetals，，
，2009（06）：537-544.

[17]WangW，，
，WangD，，
，Li C，，
，etal.Effectofpostheattreatmenton microstructureandmechanicalpropertiesofTi-6Al-4V jointingpartsproceededbylaseradditivemanufacturing[EB/OL]. https：//www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509320306237.2020-07-24.

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