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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