TA15钛合金(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)属于高铝当量α型合金，，因拥有优良的比强度、、、高温抗蠕变能力、、、热不变性、、、耐蚀性等被利用于飞机关键承力构件和发起机结构中 [1] 。。制备 TA15 大型复杂零件大多选取铸造加机械加工的传统技术，，工序繁多、、、加工周期长、、、资料利用率低、、、成本高，，好多大型零件的制备对铸造设备要求也很高 [2] ，，这些都制约了TA15 钛合金在国防军工领域的利用。。

金属增材制作技术（俗称“金属 3D 打印”）是在急剧原型技术的基础上发展起来的，，集推算机、、、数控、、、激光、、、金属资料等技术于一体，，从 CAD 三维模型设计到现实原型/ 零件的高机能“近净”成型加工的新型制作技术，，拥有柔性水平高、、、响应速度快、、、资料利用率高、、、成型复杂零件不增长成本等利益，，为复杂难加工构件的急剧制备提供了新思路，，在航空航天等国防军工领域拥有辽阔的利用远景 [3,4] 。。金属增材制作技术重要分为激光溶解沉积技术和选区激光溶解成形技术，，目前关于激光溶解沉积 TA15钛合金的钻研比力多 [5-7] ，，美国 Aeromet 公司及北京航空航天大学已成功实现激光溶解沉积 TA15 钛合金结构件在飞机上的利用 [8,9] 。。但是关于选区激光溶解成形 TA15钛板、、、TA15钛棒的报道还比力少。。

本文以 TA15 钛合金粉末为钻研对象，，选取选区激光溶解成形制备 TA15 钛合金试样件，，利用光学显微镜（OM）、、、扫描电子显微镜（SEM）等步骤钻研选区激光溶解成形的显微组织和拉伸机能，，并与板材进行对比，，为其在现实出产中的利用提供必要的试验凭据和理论基础。。

一、、、试验试验过程

1、、、试验资料

TA15钛合金，，批次号 2019ZFGA009，，具体技术要求与检测了局见表 1。。

表 1 选区激光溶解成形 TA15 钛合金粉末规格

2、、、重要仪器与设备

AM500E 选区激光溶解成形设备，，英国 Renishaw 公司；；电子全能试验机，，德国 ZWICK/Roell 集团；；SIGMA300扫描电镜，，德国沃弗本公司；；Leica DVM6 光学显微镜，，德

国徕卡公司。。

3、、、试样制备

选区激光溶解成形在 AM500E 设备上进行，，制备10mm×10mm×10mm 的试样块，，用于金相观察，，制备尺度直径 5mm、、、长 71mm 的拉伸试样件，，用于室和善高温拉伸试样，，并观察断口。。

选区激光溶解成形重要参数
：激光功率 160～200W，，曝光功夫 50μs，，曝光间距 65～85μm，，单层铺粉厚度 30μm。。

4、、、机能检测

各项机能均依拍照应国度尺度进行测试，，凭据 GB/T228.1—2010 进行室温拉伸试验，，凭据 GB/T 228.2—2015进行高温拉伸试验。。

二、、、了局与会商

1、、、显微组织

图 1(a)为选区激光溶解成形 TA15 钛合金平行于沉积方向（划定为 L 向）的金相组织，，图 1(b)为选区激光溶解成形 TA15 钛合金垂直于沉积方向（划定为 T 向）的金相组织，，图 1(c)为选区激光溶解成形钛合金晶粒内部的显微组织。。由图 1 可见，，平行于沉积方向的高倍组织晶粒为外延成长状态，，垂直于沉积方向的高倍组织为等轴状。。

这重要是由于在选区激光溶解过程中熔池内上部的异质形核和底部的外延成长两种形核长大机制相互竞争决定的晶粒描摹，，在沉积下一层时，，将本层的异质形核部门重熔，，出现了沿沉积方向不休外延成长的细长条状晶粒描摹。。图 1(c)为晶粒内部析出的细长片状 α 相，，长度约为50μm，，宽度约为 3μm，，从图中能显著看出晶界为半陆续的 α 相。。

2、、、室温拉伸机能

选区激光溶解成形TA15钛合金室温拉伸机能见表2。。由表 2 可知，，L 方向抗拉强度和屈服强度与 T 方向很靠近，，注明选区激光溶解成型的 TA15 钛合金横纵向的机能差距不显著，，出现各向同性，，抗拉强度略高于 40mm厚板材的机能。。L 方向的延长率和断面收缩率略高于 T方向，，这是由于 L 方向是不休外延成长的细长柱状晶，，晶界比 T 方向少，，与 40mm 厚板材塑性在统一个水平。。

表2 室温拉伸机能测试了局

图 2 为选区激光溶解成形 TA15 钛合金的室温拉伸断口的扫描照片，，图 2（a）为平行于沉积方向，，图 2（b）为垂直于沉积方向。。由图 2 可知
：以 α 相的解理断裂为主，，散布有较为均匀的等轴状小韧窝，，L 向韧窝相对于 T 向略微密集，，这也说了然 L 向的塑性略高于 T 向。。

3、、、高温拉伸机能

选区激光溶解成形 TA15 钛合金高温拉伸机能见表3。。由表 3 可知，，选区激光溶解成形的 TA15 钛合金拥有很好的高温拉伸机能。。高温拉伸机能的横纵向之间的差距不显著，，且与 40mm 厚板材的机能较为靠近。。

表3 高温拉伸机能测试了局

图 3 为选区激光溶解成形 TA15 钛合金的高温拉伸断口电子扫描照片，，从图中能够显著看出，，散布着较为均匀的等轴状的小韧窝，，宏观阐发为韧性断裂，，塑性优良。。

存在 α 片层产生滑移形成凹凸不平的解理断裂平面，，韧性和准解理相混合。。片层状的 α 相为选区激光溶解成形过程中析出的初生 α 相，，在后续热循环下长大形成的。。

三、、、结论

（1）选区激光溶解成形 TA15 钛合金沿着沉积方向不休外延成长，，组织出现陆续的柱状晶，，晶内析出细针状和片层状的 α 相。。板材原始的 β 晶粒被充分破碎，，不存在陆续的、、、平直的晶界，，α 相描摹不规定。。

（2）选区激光溶解成形 TA15 钛合金室温抗拉强度达到 1000MPa、、、屈服强度在 900MPa 以上，，塑性优良，，达到 40mm 厚板材的水平。。

（3）选区激光溶解成形 TA15 钛合金拥有很好的高温拉伸机能，，500℃高温抗拉强度靠近 700MPa、、、屈服强度超过 500MPa，，塑性较高，，达到 40mm 厚板材的水平。。

参考文件

[1] 郜阳,孙志超,杨合.TA15 钛合金等温近 β 变形行为及微观组织演化[J].罕见金属资料与工程,2013,42(5):951-956.

[2] 谢旭霞,张述泉,汤海波,等.退火温度对激光溶解沉积 TA15钛合金组织和机能的影响[J].罕见金属资料与工程,2008(9):1510-1515.

[3] 王华明.高机能大型金属构件激光增材制作:若干资料基础问题[J].航空学报,2014,35(10):2690-2698.

[4] 熊博文,徐志锋,严青松,等.激光溶解沉积钛合金及其复合伙料的钻研进展[J].热加工工艺,2010,39(8):92-96.

[5] 王华明,李安,张凌云,等.激光溶解沉积急剧成形 TA15 钛合金的力学机能[J].航空制作技术,2008(7):26-29.

[6] 杨光,刘佳蓬,钦兰云,等.激光沉积 TA15 钛合金显微组织及高周委顿机能钻研[J].红外与激光工程,2018,47(11):37-42.

[7] 钦兰云,徐丽丽,杨光,等.退火方式对激光沉积 TA15 钛合金组织及力学机能的影响[J].中国激光,2018,45(3):208-214.

[8] 王华明,张凌云,李安,等.先进资料与高机能零件急剧凝固激光加工钻研进展[J].世界科技发展与钻研,2004,26(3):27.

[9] Abbott D H, Arcella F G. Laser forming Titanium components[J]. Adv Mat Proc, 1998, 153: 29-30.