钛合金拥有高比强、、、耐高温、、、抗委顿等优异机能，，大型复杂钛合金整体构件用量的凹凸，，是衡量航空设备技术先进性的重要指标[1]。。。选取整体铸造等传统步骤制作大型钛合金构件工艺复杂，，资料利用率低，，周期长，，成本高。。。增材制作技术成形大型复杂钛合金构件具罕见字化、、、精确化、、、设计 – 资料 – 制作一体化等显著的技术和经济优势[2]。。。大型金属构件的激光逐层溶解沉积增材制作过程，，现实上是激光冶金高温熔池在固体金属基底急剧导热、、、温度梯度超高、、、冷却速度超快前提下的急剧凝固及逐层堆积的过程。。。构件的冶金组织、、、力学机能出现对工艺参数和工艺过程状态变动的高度敏感性及复杂多变性，，给构件内部冶金组织一致性和力学机能不变性节制带来巨大难题，，国际公认构件的内部质量节制是增材 热处置制度对激光增材制作TA15钛合金力学机能的影响制作技术在飞机主承力结构上利用的最大挑战之一[3]。。。

钛合金的力学机能强烈受控于其宏微观组织结构特点。。。典型沉积态宏观组织由贯通多个熔覆层呈外延成长的粗壮 β 柱状胞晶组成，，晶内微观组织是由极少量针状α 板条、、、大量的魏氏 α 板条及肯定体积分数的板条间 β相组成[4]。。。固然沉积态增材制作钛合金强度优于 / 相当于锻件，，但受粗壮晶粒组织影响，，其变形协调能力较差，，阐发为塑性较低（低于 / 稍高于锻件的最低值）[5–7]。。。通过节制热处置动力学过程优化显微组织是提高钛合金力学机能的有效步骤之一[8]。。。席明哲等[9] 指出将激光急剧成形 TA15 钛合金在 α+β 两相区温度退火，，初生 α相显著长大而体积分数削减，，同时在初生 α 相板条间的β 转变组织体积分数增长，，该 β 转变组织由二次析出的α 相薄片和残存 β 相薄片组成，，这种显微组织阐发出优异的综合力学机能。。。张霜银[10–11]、、、Dinda[12] 和 Brandl[13]等亦发现经热处置后沉积态 TC4 内 α 片层厚度增长，，资料拉伸强度降低而塑性提高。。。

扩大激光增材制作钛合金关键主承力构件的利用领域已成为航空设备减轻结构重量，，提升机能指标的重要伎俩[14]。。。北京航空航天大学钻研团队[15–17] 通过热处置自动节制激光增材制作 TA15 钛合金的固态相变形核和长大动力学过程，，获得优异的综合力学机能，，率先实现激光增材制作飞机钛合金大型整体主承力构件。。。

本文基于增材制作钛合金结构工程利用堆集的机能数据，，分析热处置制度对激光增材制作 TA15 钛合金综合力学机能的影响，，为进一步优化热处置制度，，降低构件研发成本，，扩大增材制作结构工程利用提供技术支持。。。

1、、、 试验及步骤

本试验所钻研的热处置 TA15 钛合金板材来自北京航空航天大学大型金属构件增材制作国度工程尝试室。。。沉积工艺为：：：选取 LMD–V 型激光成形系统，，；；；て逦财，，激光功率 4~6kW，，光斑直径 6~8mm，，扫 描 速 度 15~20mm/s，，单 层 厚 度 1~1.5mm，，送 粉 速度 600~1000g/h。。。激光增材制作沉积过程如图 1 所示，，沉积增高方向为 Z 轴所示方向，，激光束扫描方向为 X 向，，垂直于沉积方向和激光扫描方向的为 Y 向，，相应的各个截面别离为 XOZ、、、YOZ 和 XOY 截面。。。试样成形后，，选取金相法测试得到激光增材制作 TA15钛合金的 β 相变点为 1010℃。。。热处置工艺：：：通常退火热处置制度为 700~800℃ /1~4h，，空冷；；；双重退火热 处 理 制 度 为 950~1000 ℃ /0.5~1.5h，，空 冷 或 风 冷+700℃ ~800℃ /1~4h，，空冷，，其中通常退火热处置工艺主张是去除构件内部应力，，热处置温度低于 800℃，，对TA15 合金组织不造成影响[18–19]。。。

为全面表征通常退火和双重退火两种热处置状态的影响，，进行了两种热处置状态下显微组织表征和力学机能测试，，具体试验项目和测试尺度如表 1 所示。。。显微组织观察选取的是纵截面 YOZ 试样，，侵蚀液为体积比为 1∶6∶43 的 HF∶HNO₃∶H₂O 混合溶液，，侵蚀功夫约5~8s。。。显微组织分析中 α 相体积含量和尺寸选取 ImageJ 软件进行丈量，，体积含量丈量来自 3 张扫描照片的均匀值，，而 α 片层宽度丈量来自 3 张扫描照片共约 30 个α 片层的均匀值。。。

2、、、 了局与会商

2.1 显微组织

通常退火态和双重退火态激光增材制作 TA15 钛合金宏观组织如图 2 所示，，两种热处置制度宏观组织没有显著差距，，均为沿着沉积方向外延成长的粗壮原始 β柱状晶组织，，柱状晶的宽度在几百 μm 到 mm 级，，柱状晶的长度贯通多个沉积层达几 cm。。。

通常退火态和双重退火态激光增材制作 TA15 钛合金显微组织如图 3 所示，，两种热处置制度显微组织显著分歧。。。通常退火态激光增材制作 TA15 钛合金为细片层 α+β 超细网篮组织，，α 相体积含量约为 78.1%±2.1%，，均匀 α 片层厚度约为（1.05±0.11）μm。。。双重退火态激光增材制作 TA15 钛合金为端部带根须状描摹的初生 α 相 + 超细 β 转变组织构 成的特种双态组织，，初生 α 相体积含量约为 40.5%±7.4%，，初生 α 相片层宽度均匀值为（2.45±0.23）μm。。。

2.2 静力机能

依照国度尺度 GB/T 228.1—2010 要求，，选取棒状试样对通常退火态和双重退火态激光增材制作 TA15 钛合金室温拉伸机能进行测试，，试验了局统计分析见表 2，，可知，，通常退火态纵向、、、横向的抗拉强度 Rm 为 992MPa、、、1022MPa ；；；纵 向、、、横 向 的 屈 服 强 度 Rp0.2 为 904MPa、、、945MPa；；；纵向、、、横向的断后伸长率为 13.3%、、、9.5%；；；双重退火态纵向、、、横向抗拉强度均匀值为 973MPa、、、984MPa ；；；纵向、、、横向的屈服强度为 910MPa、、、882MPa ；；；纵向、、、横向的断后伸长率均匀值为 14.7%、、、10.4% ；；；两种热处置状态下室温拉伸均出现肯定各向异性，，横向较纵向强度略高，，塑性低；；；与双重退火态相比，，通常退火态激光增材制作 TA15 钛合金强度略高，，但塑性略低。。。这是由于通常情况下，，合金分歧方向上的力学机能差距重要是由晶粒描摹、、、织构、、、α 相含量及其板条宽度造成，，比力退火态和双重处置态组织能够看出，，其晶粒描摹、、、织构等均一样，，但 α 相含量及其板条宽度存在较大差距，，Zhang[23] 及Ren[24] 等的钻研批注，，随着 α 相片层尺寸的增长及含量降低，，均能导致合金的强度降落，，塑性提升。。。本试验中双重退火态的 α 相板条宽度显著厚于退火态，，且导致其强度低于退火态，，但塑性提升。。。

本文分析了激光增材制作 TA15 钛合金通常退火态与双重退火态 L 向室温拉伸断口描摹，，如图 4 所示。。。

两种热处置态试样均为杯锥状断口，，拥有中心纤维区和周围剪切唇区，，双重退火态试样的剪切唇区比例大。。。高倍下能看到显著的韧窝状态，，通常退火态与双重退火态的横纵向断裂机制均为韧性断裂，，但双重退火态试样的韧窝描摹更深更大，，注明其塑性更好。。。

2.3 委顿机能

依照国度尺度 GB/T 3075—2008 要求，，选取棒状试样对通常退火态和双重退火态激光增材制作 TA15 钛合金应力集中系数 Kt=1 光滑试样和 Kt=3 缺口试样室温高周委顿机能进行测试。。。测试前提为，，应力比 R=0.1，，频率 f=120Hz，，正弦波加载，，测试了局如图 5 所示。。？杉，，激光增材制作 TA15 钛合金通常退火态的委顿机能显著优于双重退火态。。。通常退火态纵向光滑试样（Kt=1）前提委顿极限（N=107）为 605MPa，，较双重退火态的537.5MPa 高 67.5MPa（约 13%）；；；纵向缺口试样（Kt=3）前提委顿极限（N=107）为 400MPa，，较双重退火态的322.5MPa 高 77.5MPa（约 24%）。。：：：辖鸬奈倩苤匾艹跎 α 片层的宽度影响，，片层宽度越小，，其委顿机能越好[23]，，通常退火态合金的片层宽度显著窄于双重退火态，，因而其委顿机能更优。。。

2.4 断裂韧性

依照国度尺度 GB/T 4161—2007 要求，，选取紧凑拉伸 C(T) 试样对通常退火态和双重退火态激光增材制作TA15 钛合金平面应变断裂韧性 KIC，，取样方向蕴含 T–L和 L–T 方向，，试验件厚度 35mm。。。试验了局如表 3 所示，，可见，，通常退火态和双重退火态激光增材制作 TA15 钛合金平面应变断裂韧性 KIC 均阐发出肯定的各向异性，，L–T 方向的平面应变断裂韧性 KIC 稍高于 T–L 方向。。。双重退火态激光增材制作 TA15 钛合金阐发出优异的断裂韧性，，其平面应变断裂韧性 KIC 显著高于通常退火态。。。Shi 等[25] 的钻研发现裂纹扩大与网篮结构中 α 片层的宽度有关，，片层宽度的增长会增长裂纹扩大的阻力，，提高其断裂韧性，，Guo 等[26] 也发现 α 片层宽度以及集束尺寸的增长会加大裂纹扩大的阻力从而提高断裂韧性。。。本试验中双重退火态的 α 片层宽度显著宽于通常退火态，，使得其断裂韧性更优。。。

3、、、 结论

本文对通常退火态和双重退火态激光增材制作TA15 钛合金显微组织和力学机能进行了对比分析，，得出以下结论。。。

（1）两种热处置状态下激光增材制作 TA15 钛合金显微组织显著分歧。。。通常退火态为细片层 α+β 超细网篮组织，，双重退火态为端部带根须状描摹的初生 α 相 +超细 β 转变组织组成的特种双态组织。。。

（2）通常退火态激光增材制作 TA15 钛合金极限强度、、、屈服强度和委顿极限均优于双重退火态。。。

（3）双重退火态激光增材制作 TA15 钛合金拥有较好的塑性和优异的断裂韧性。。。

参 考 文 献

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通讯作者：：：谷美邦，，工程师，，硕士，，重要钻研方向为舰载机监造，，E–mail: 18640812356@163.com。。。