近年來，由于鈦合金的優(yōu)良特性，如高比強(qiáng)度、耐腐蝕性和生物相容性，使其在航空航天、醫(yī)療、海 洋等領(lǐng)域得到了快速發(fā)展［1］。增材制造（ａｄｄｉTiｖｅｍａｎｕｆａｃ?ｔｕｒｉｎｇ，ＡＭ）技術(shù) 憑借著特有的全數(shù)字化、凝固速度快和近凈成形復(fù)雜零部件的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為金屬基材料的制備提供一種極 具潛力的新方法［2，3］。隨著定制化需求的不斷增加，推動(dòng)了增材制造的快速發(fā)展，同時(shí)也為其迎來 了新的發(fā)展機(jī)遇。增材制造目前主要用于制備鋼、鈦合金、高熵合金、復(fù)合材料和形狀記憶合金等材料 ［4-9］。在快速成型和小批量生產(chǎn)方面，與傳統(tǒng)的減材制造方法相比，增材制造技術(shù)能夠創(chuàng)造更大的經(jīng) 濟(jì)效益。通過增材制造技術(shù)制備鈦合金的成本較低，而且能夠設(shè)計(jì)自由，制造出用戶定義的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這 是很難通過其他傳統(tǒng)制造方法生產(chǎn)的［10，11］。

為梳理近年來本領(lǐng)域的相關(guān)研究現(xiàn)狀，為相關(guān)從業(yè)人員提供技術(shù)參考，本研究綜述了增材制造鈦合金 組織及性能的研究進(jìn)展，從力學(xué)性能、疲勞性能、高溫氧化性能、摩擦磨損性能以及生物相容性幾個(gè)角度 進(jìn)行了梳理，總結(jié)了合金化和熱處理對(duì)增材制造鈦合金組織及性能影響。

1、研究進(jìn)展

1.1　力學(xué)性能

Ｌｉ等［12］為了減少電弧熱輸入并細(xì)化柱狀晶粒，采用熱絲電弧增材快速成型制備了4個(gè)Ti-6.5Al-3.5Ｍｏ-1.5Zr-0.3Si樣品。研究發(fā)現(xiàn)，粗大的柱狀晶粒得到了極大的細(xì)化，最終得到了由等軸晶 粒和短柱狀晶粒組成的組織。同時(shí)，α-板條的寬度也得到了細(xì)化。力學(xué)性能與晶粒變化相一致，各向 異性幾乎消失。而且，可以通過熱絲電弧增材制造獲得具有優(yōu)異綜合力學(xué)性能的零件。

張明朗等［13］研究了增材制造TA15鈦合金直壁構(gòu)件不同區(qū)域的組織特征及拉伸性能。由圖1可 以看出，受熱輸入、熱循環(huán)及冷卻速度的影響，構(gòu)件不同區(qū)域組織存在明顯差別，主要有針、片狀α、針 狀馬氏體α′、網(wǎng)籃組織、魏氏組織及大等軸原始β晶。中、下層存在短棒狀α，為初生α。垂 直于焊縫方向與平行于焊縫方向的拉伸性能不同，存在明顯各向異性。

王繼航等［14］研究了預(yù)埋缺陷的尺寸、位置對(duì)激光選區(qū)熔化（ｓｅｌｅｃTiｖｅｌａｓｅｒｍｅ ｌTiｎｇ，SLM）技術(shù)制備含人工設(shè)計(jì)缺陷的TC4鈦合金室溫拉伸性能的影響。研究結(jié)果顯示，由 于ＳＬＭ成形過程人工植入缺陷內(nèi)包含的合金粉末無法排出，熱處理后在孔洞缺陷表面燒結(jié)，導(dǎo)致缺陷 實(shí)際尺寸較設(shè)計(jì)尺寸略小。當(dāng)預(yù)埋缺陷直徑小于0.7mm時(shí)，對(duì)合金抗拉強(qiáng)度幾乎不產(chǎn)生影響，試樣斷裂 均發(fā)生在非預(yù)埋缺陷區(qū)；當(dāng)預(yù)埋缺陷直徑超過0.7mm后，抗拉強(qiáng)度隨缺陷尺寸增大顯著降低，試樣斷裂 均發(fā)生在預(yù)埋缺陷區(qū)。合金延伸率受缺陷的影響較為顯著，隨著缺陷尺寸的增大，延伸率整體呈現(xiàn)逐漸 降低的趨勢(shì)，當(dāng)缺陷尺寸超過0.7mm后，延伸率急劇降低，缺陷尺寸超過0.9mm后，延伸率在2％～4 ％范圍內(nèi)波動(dòng)。

Ｎａｄａmmａｌ等［15］采用4種不同的能量密度制備了新型骨科β鈦合金Ti-35Nb-7Zr- 5TA。研究發(fā)現(xiàn)，所有條件制備的試樣理論密度均大于98.5％。在較高的能量密度輸入下，缺陷越小 ，密度越高。在最高的能量密度輸入下觀察到細(xì)胞到柱狀樹枝晶的轉(zhuǎn)變，同時(shí)凝固的晶粒尺寸增加，表 明溫度梯度和凝固增長(zhǎng)率的協(xié)同效應(yīng)。密度測(cè)量表明，能量密度為50.0J/mm³時(shí)達(dá)到了 約99.5％的理論密度。能量密度為54.8J/mm³時(shí)，通過形成柱狀樹枝狀的亞結(jié)構(gòu)，獲得 了最大的拉伸強(qiáng)度約660MPa，所有制造的部件均呈現(xiàn)25％～30％的高延展性。

方遠(yuǎn)志等［16］借鑒激光擺動(dòng)焊接技術(shù)，提出一種激光擺動(dòng)送粉增材制造TC4鈦合金工藝，借助激 光原位擺動(dòng)改變?nèi)鄢剡\(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)而影響溫度梯度和凝固速率，改善增材制造鈦合金的微觀組織，研究了激 光擺動(dòng)送粉增材制造工藝對(duì)TC4鈦合金微觀組織演變及力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，無擺動(dòng)激光熔化沉 積實(shí)驗(yàn)的最佳工藝參數(shù)為：激光功率1000Ｗ，掃描速率8mm/s，送粉速率6.92g/min；直 線型激光擺動(dòng)的最佳工藝參數(shù)為：擺動(dòng)頻率200Hz，擺動(dòng)幅度1.5mm。

直線型激光擺動(dòng)對(duì)熔池形貌改善顯著，氣孔和裂紋等缺陷較少，柱狀晶數(shù)量和尺寸均有所減小，并且 晶粒出現(xiàn)了等軸化的現(xiàn)象。相比無擺動(dòng)樣品，激光擺動(dòng)后Ti-6Al-4V合金單道區(qū)域平均晶粒尺寸從 5.20μｍ減小到4.37μｍ，硬度從418.00ＨＶ提升到428.75ＨＶ。

以上研究表明，對(duì)于增材制造鈦合金力學(xué)性能的研究首先要集中在顯微組織上。由力學(xué)性能的變化 趨勢(shì)可以反映出內(nèi)部組織的變化規(guī)律。

1.2　疲勞性能

池維乾等［17］采用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞測(cè)試（ｆ＝50Hz，R＝-1）與超聲頻率（20kHz）疲 勞測(cè)試研究了選區(qū)激光熔化技術(shù)制造的Ti-6Al-4V合金超高周疲勞行為。

研究結(jié)果表明，經(jīng)熱等靜壓處理的增材制造Ti-6Al-4V合金與鍛造的Ti-6Al-4V合金疲勞性能 相當(dāng)，且不同加載方式對(duì)超高周疲勞范疇內(nèi)疲勞性能影響顯著。在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)下，疲勞裂紋從試 樣表面開始萌生，而對(duì)于超聲疲勞測(cè)試，存在試樣表面和內(nèi)部的裂紋萌生，且超高周疲勞裂紋趨于在試樣 內(nèi)部萌生，并且疲勞斷口呈現(xiàn)“魚眼”形貌特征。對(duì)斷裂面裂紋萌生處的細(xì)晶區(qū)（FGA）進(jìn)行電子背 散射衍射與透射電子顯微鏡觀測(cè)。結(jié)果表明，增材制造Ti-6Al-4V合金超高周疲勞裂紋萌生與早期 擴(kuò)展

區(qū)域存在不連續(xù)的細(xì)小晶粒區(qū)域，是由位錯(cuò)相互作用導(dǎo)致晶粒細(xì)化進(jìn)而形成微裂紋以及形成于α相 、晶界等的微裂紋共同作用所致。

高一峰等［18］研究了退火態(tài)TA15合金的疲勞性能與疲勞斷裂失效行為。結(jié)果表明，退火態(tài)Ｔ Ａ15合金的軋向和縱向組織均以α/β片層交疊形成的網(wǎng)籃組織為主，局部存在等軸晶粒分布。通 過對(duì)Ｓ-Ｎ曲線進(jìn)行擬合，TA15鈦合金疲勞極限為311MPa。試樣斷口包含疲勞裂紋源區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò) 展區(qū)和瞬斷區(qū)。裂紋均從表面萌生，同時(shí)裂紋擴(kuò)展區(qū)存在大量的疲勞輝紋和二次裂紋，瞬斷區(qū)由等軸狀 的韌窩構(gòu)成，呈現(xiàn)典型的準(zhǔn)解理斷裂特征。在低循環(huán)應(yīng)力下，裂紋主要穿過或沿著α／β片層組織 進(jìn)行擴(kuò)展，裂紋擴(kuò)展路徑較長(zhǎng)；在高循環(huán)應(yīng)力下，裂紋開始沿著原始β晶界擴(kuò)展，二次裂紋擴(kuò)展路徑較 短但數(shù)量較多。疲勞裂紋容易沿著組織中相對(duì)薄弱的位置進(jìn)行擴(kuò)展，并且二次裂紋周圍有裂紋分支生成。

黃興等［19］選取絲材電弧增材制造TC4鈦合金進(jìn)行試驗(yàn)，建立了疲勞裂紋萌生壽命有限元預(yù)測(cè)模 型，通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了該模型在預(yù)測(cè)TC4鈦合金疲勞裂紋萌生壽命方面的可行性。試驗(yàn)結(jié)果 表明，增材制造TC4鈦合金的彈性模量、抗拉強(qiáng)度、泊松比與TC4鈦合金鍛件相近，但疲勞性能與傳 統(tǒng)TC4鍛件相差甚遠(yuǎn)，建立的疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測(cè)模型結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果誤差小于40％，具有一定的 參考意義。Ｋｏｎｄａ等［20］采用K-近鄰算法（ｋ-ｎｅａｒｅｓｔｎｅｉｇｈｂｏｒｓ， ＫＮＮ ）、決策樹（ｄｅｃｉSiｏｎｔｒｅｅ，ＤＴ）、隨機(jī)森林（ｒａｎｄｏｍｆｏｒｅｓｔ，ＲＦ）和 極端梯度提升（ｅＸｔｒｅｍｅｇｒａｄｉｅｎｔｂｏｏｓTiｎｇ，ＸＧＢ）算法等四種機(jī)器 學(xué)習(xí)（ｍａｃｈｉｎｅｌｅａｒｎｉｎｇ，ＭＬ）算法來分析Ti64合金的疲勞裂紋擴(kuò)展速率（ｆａTi ｇｕｅｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｒａｔｅ，ＦＣＧＲ）。在調(diào)整了這些算法的超參數(shù)后，發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練過 的模型對(duì)未見過數(shù)據(jù)的估計(jì)與訓(xùn)練過的數(shù)據(jù)一樣好。在訓(xùn)練和測(cè)試階段，根據(jù)其平均平方誤差和Ｒ2， 對(duì)4個(gè)測(cè)試的ＭＬ模型進(jìn)行了相互比較。與其他模型相比，由于ＸＧＢ算法具有最小的均平方誤差和 更高的Ｒ2，因此在ＦＣＧＲ預(yù)測(cè)中更準(zhǔn)確。Ｓｙｅｄ等［21］研究了單程、平行程和振蕩沉積三種 增材制造方式對(duì)Ti-6Al-4V的疲勞裂紋生長(zhǎng)行為的影響。研究結(jié)果顯示，由于較高的局部熱輸入， 與單程和平行程方式相比，振蕩沉積表現(xiàn)出明顯較粗的柱狀β晶粒結(jié)構(gòu)以及較粗的轉(zhuǎn)化微觀結(jié)構(gòu)。在 三種制造方法中，振蕩沉積的裂紋生長(zhǎng)率最低。裂紋大致介于再結(jié)晶α（軋制退火）和β退火的鍛 造材料之間。

當(dāng)裂紋垂直于沉積層傳播時(shí)，疲勞裂紋的增長(zhǎng)速度較低。在提到的三種增材制造工藝中，在較低的應(yīng) 力強(qiáng)度系數(shù)范圍內(nèi)（＜25MPa·ｍ^1/2），微觀結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋生長(zhǎng)速度的影響更大。

綜上所述，目前對(duì)于鈦合金疲勞性能的研究主要是試驗(yàn)和模擬兩方面。進(jìn)行模擬能夠在最大程度上 避免未知缺陷，提高材料性能研究的效率。

1.3　高溫氧化性能

高溫氧化性能是鈦合金在航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用上最為重要的性能，直接決定著服役的安全性。張利 等［22］介紹了耐熱鈦合金和增材制造鈦合金抗氧化性能的研究現(xiàn)狀，以及近年來對(duì)提高鈦合金抗高溫氧 化性能的合金化和表面改性等技術(shù)手段的研究進(jìn)展。

展望了進(jìn)一步改善采用增材制造技術(shù)制備的鈦合金抗高溫氧化性能的研究方向。ＦＵ等［23］用電 弧增材制造法生產(chǎn)的Ti6Ａｌ7Nb合金在800℃下被氧化，以確定由熱影響帶（ｈｅ ａｔａｆｆｅｃｔｅｄｂａｎｄｓ，ＨＡＢｓ）引起的氧化差異。氧化動(dòng)力學(xué)證明，與非ＨＡＢｓ區(qū) 相比，具有緊密β板條的ＨＡＢｓ具有更強(qiáng)的抗氧化性。β相中富含的Nb元素促進(jìn)了Ti3Ａｌ 在氧化后在β板條的原始位置析出，與β板條的間距相似。緊湊的Ti3Ａｌ在ＨＡＢｓ上的形成有 利于抑制氧氣在氧化層／基體界面上的擴(kuò)散。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)在服役過程中需要長(zhǎng)時(shí)間承受高溫，因此，鈦合金的高溫氧化性能是研究的重點(diǎn)，下一步 應(yīng)該重點(diǎn)研發(fā)抗高溫氧化性能的鈦合金。

1.4　摩擦磨損性能

Ｓｕ等［24］對(duì)Ti-6Al-4V合金進(jìn)行了直接時(shí)效和固溶時(shí)效處理，以提高其摩擦性能。在正 常載荷（2.5～40Ｎ）和滑動(dòng)速度（50～800ｒｐｍ）范圍內(nèi)，采用干式滑動(dòng)磨損試驗(yàn)來研究其綜合 磨損行為。結(jié)果表明，形成了高密度的Ti3Ａｌ沉淀物，并且在固溶處理過程中發(fā)生了α′→α＋β 的分解。磨損形態(tài)和磨損機(jī)制在很大程度上取決于微觀結(jié)構(gòu)特征、外加載荷和滑動(dòng)速度。Ｍａｎｔｒｉ 等［25］研究了硼對(duì)增材制造鈦合金硬度和磨損性能的影響。結(jié)果顯示，ＴＮＺ（成分為Ti-13Nb- 13Zr）試樣的整體硬度值為325ＨＶ，略高于文獻(xiàn)。造成這種現(xiàn)象的原因是在制作試樣時(shí)采用了激光工程 化凈成形（ｌａｓｅｒ-ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｎｅｔｓｈａｐｉｎｇ，ＬＥＮＳ）打印技術(shù)，從而產(chǎn) 生了細(xì)晶粒和殘余應(yīng)力。在ＴＮＺ中加入硼后，ＴＮＺ-Ｂ的硬度值增加到450ＨＶ。硬度值的增加 歸因于原位TiＢ沉淀的形成。此外，與ＴＮＺ合金相比，ＴＮＺ-Ｂ的磨損率由于硬度的增加而降 低，硬度增加是由于TiＢ的形成以及α沉淀體積分?jǐn)?shù)和形態(tài)的變化。

圖2（ａ）（ｂ）為兩種試樣的磨痕，圖2（ｃ）（ｄ）為三維掃描白光干涉儀（3Ｄｓｃａｎｎｉ ｎｇｗｈｉｔｅｌｉｇｈｔｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ，ＳＷＬＩ）圖像。由圖可以看出，在添加 硼以后，磨損深度明顯減小，磨損面也變得更加平整，表明硼的加入顯著提高了耐磨性。

1.5　生物相容性

鈦合金的生物相容性是作為人體植入材料需要考察的一項(xiàng)重要內(nèi)容，生物材料表面在局部條件下的電 化學(xué)行為是影響植入成功與否的重要因素。Ａｙｄｉｎ等［26］研究了增材制造鈦合金在模擬正常、炎癥 和嚴(yán)重炎癥條件的三種不同介質(zhì)中浸泡1ｈ和12ｈ后的電化學(xué)行為。極化研究表明，在所有情況下 ，耐腐蝕性都會(huì)隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。研究發(fā)現(xiàn)，在炎癥條件下，Ｈ2Ｏ2會(huì)對(duì)被動(dòng)層的電阻產(chǎn)生 破壞作用，而在嚴(yán)重炎癥條件下，白蛋白、乳酸鹽和Ｈ₂Ｏ₂都會(huì)協(xié)同降低鈦層 的耐腐蝕性。電化學(xué)阻抗數(shù)據(jù)表明，在嚴(yán)重炎癥條件下，帶電的白蛋白會(huì)吸引到局部點(diǎn)蝕區(qū)域，從而改 變腐蝕性物質(zhì)在金屬／被動(dòng)層界面的擴(kuò)散傳輸。

電化學(xué)測(cè)試還證明，與未經(jīng)處理的相同成分的鈦相比，增材制造鈦合金表面在模擬溶液中的耐腐蝕性 更好。研究表明，新的表面形貌和潤(rùn)濕性也是增材制造鈦合金試樣腐蝕性能得到改善的積極因素。圖3 為增材制造商業(yè)純鈦（ＣＰ-Ti）和Ti-6Al-4V在模擬介質(zhì)中浸泡1ｈ和12ｈ后的開 路電位（ｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｐｏ?ｔｅｎTiａｌ，OCP）。由圖可以看出，在模擬炎癥和嚴(yán)重炎 癥環(huán)境中，OCP值向電位正方向移動(dòng)，可能是Ｈ₂Ｏ₂分解為Ｈ₂和Ｏ₂， 從而在緩慢的氧還原反應(yīng)中起到了額外的陰極反應(yīng)的作用。早期的研究表明，炎癥溶液中的正OCP 值可歸因于氧化中間產(chǎn)物（如ＨＯ₂和ＨＯ）吸附到鈦基材料的膜上。在嚴(yán)重炎癥條件下， 向炎癥溶液（Ｈ2Ｏ2＋ＰＢＳ）中添加ＢＳＡ和ＣＬＨ會(huì)降低OCP值。

Ｎｉｋｏｌａｅｖａ等［27］根據(jù)銅的添加量，研究了增材制造鈦合金對(duì)金黃色葡萄球菌和白色念 珠菌的抗菌活性。結(jié)果表明，將材料中的銅含量提高到9.7％，可使含銅基質(zhì)上的細(xì)菌數(shù)量減少99％。 這種基底抗菌活性的增強(qiáng)是由于Ti6Ａｌ4／Ｃｕ合金釋放出銅離子。

范東陽［28］通過選擇性激光熔化（ＳＬＭ）技術(shù)制造了一種新型梯度含銅鈦合金（TC4-5Ｃｕ ／TC4），研究了其對(duì)變形鏈球菌的抗菌作用。結(jié)果表明，銅元素在TC4-5Ｃｕ／TC4合金表面 80μｍ范圍內(nèi)均勻分布，同時(shí)兩合金的親水性和粗糙度基本相同。TC4-5Ｃｕ／TC4合金的Ｃｕ^2＋釋放濃度（第28天的釋放濃度約為（18.73±0.87）μｇ／Ｌ）低于離子的最小抑 制濃度ＭＩＣ（28ｐｐｍ）及最小殺菌濃度ＭＢＣ（56ｐｐｍ），這與該合金對(duì)浮游細(xì)菌缺乏抗菌作 用的結(jié)果一致

。相反，TC4-5Ｃｕ／TC4合金對(duì)附著菌具有顯著的殺菌效果（抗菌率約為74.93％±5.32％ ）、抑制生物膜能力（抗生物膜率約為63.58％±1.54％）和下調(diào)相關(guān)基因表達(dá)的作用。

2、不同處理方式對(duì)增材制造鈦合金組織及性能影響

2.1　添加合金元素

劉晏碩等［29］通過增材制造技術(shù)制備了TC4與TC4＋Nb沉積態(tài)樣件，研究了Nb對(duì)TC4 沉積態(tài)顯微組織、相組成及力學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，TC4與TC4＋Nb沉積態(tài)的組織均由大 量α-Ti及少量β-Ti構(gòu)成。隨著Nb含量從0增加到8％，TC4沉積態(tài)的原始β-Ti和初生 針狀α-Ti平均晶粒尺寸逐漸減小，初生針狀α-Ti尺寸減小了67.4％；同時(shí)網(wǎng)籃組織得到細(xì)化，β相含量明顯增加。添加Nb能夠顯著提高Ｔ Ｃ4沉積態(tài)樣件的拉伸性能，TC4＋6％Nb沉積態(tài)樣件拉伸性能最優(yōu)，滿足鍛件標(biāo)準(zhǔn)要求。

左新德等［30］研究了TA添加對(duì)ＮｉTi合金的微觀組織、相變行為、力學(xué)性能以及抗腐蝕能力的 影響。

結(jié)果表明，與ＮｉTi合金相比，ＮｉTiTA合金的晶粒顯著細(xì)化，析出相由ＮｉTi合金中的Ｎｉ 3Ti轉(zhuǎn)變?yōu)椋危椋═i，TA）2。此外，其相變溫度顯著提高，這導(dǎo)致了室溫下的組織由完全奧氏體相 （Ｂ2）轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（Ｂ2）和馬氏體（Ｂ19’）的混合相。拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，ＮｉTiTA合金試 樣相較于ＮｉTi合金試樣的抗拉強(qiáng)度提升了9.5％，但延伸率下降了6.8％。極化曲線結(jié) 果表明Ｎｉ?TiTA合金具有更高的自腐蝕電位和更小的腐蝕電流密度，抗腐蝕能力顯著提升。Ｙａｎｇ 等［31］研究了0～5％的Si對(duì)Ti-35Nb-5TA-7Zr合金強(qiáng)度和耐磨性的影響。結(jié)果表明，微觀 結(jié)構(gòu)是由粗柱狀晶粒組成的。隨著硅含量的增加，等軸晶粒逐漸減小，β晶粒的形態(tài)發(fā)生了很大變化。 從圖4中可以看出，ＴＮＴＺ-5Si的微觀結(jié)構(gòu)由細(xì)小的等軸β晶粒組成和細(xì)長(zhǎng)的β晶粒組成。Si的加 入能顯著提高屈服強(qiáng)度，這主要是由于晶粒細(xì)化強(qiáng)化所致。與此同時(shí)，在ＳＢＦ（Siｍｕｌａｔｅｄ ｂｏｄｙｆｌｕｉｄ）溶液中，ＴＮＴＺ-5Si合金的磨損率僅為Ti-6Al-4V合金的約30％。綜上 ，鈦合金在添加Ｎｄ、TA和Si合金元素后，的確起到了細(xì)化晶粒提高性能的作用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)該 根據(jù)使用范圍和服役條件具體分析。

2.2　熱處理

Ｗａｎｇ等［32］采用激光定向能沉積（ＬＤＥＤ）技術(shù)，制備了一種具有新成分的α＋β鈦合 金，并研究了950℃／1ｈ／空冷＋530℃／6ｈ／空冷退火對(duì)組織的影響。

圖5中（ａ）（ｂ）為沉積狀態(tài)微觀結(jié)構(gòu)，（ｃ）（ｄ）（ｅ）為熱處理狀態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)，（ｆ）為 αｐ纖維根形態(tài)演變的橫截面示意圖。沉積后的新α＋β鈦合金呈現(xiàn)出近等軸的先β晶粒和超細(xì)網(wǎng) 籃微觀結(jié)構(gòu)，其中α板條的厚度為（0.4±0.1）μｍ。通過宏觀擴(kuò)散形成了厚度為（1.4±0.2）μｍ 的初級(jí)α（αｐ）纖維根形態(tài)，這種特殊形態(tài)是延展性得以改善的主要原因。借助這種特殊形貌和細(xì) 小次生α（αｓ）的成核，極限抗拉強(qiáng)度（ＵＴＳ）和延展性可達(dá)到（1247±3）ＭＰａ和（9.2±0.2 ）％。

張國(guó)棟等［33］分析了不同熱處理狀態(tài)的增材制造TC11鈦合金微觀組織和室／高溫拉伸性能及其各 向異性。結(jié)果表明，沉積態(tài)微觀組織為沿＜001＞β方向生長(zhǎng)的柱狀晶。晶界存在連續(xù)α相，晶體內(nèi) 部由集束和網(wǎng)籃α相組成的片層組織。經(jīng)950℃／2ｈ／空冷＋530℃／6ｈ／空冷的熱處 理后晶界連續(xù)α相破碎，晶內(nèi)α相寬度從1.1μｍ增加至1.8μｍ，并形成具有二次α相的雙片層 組織。沉積態(tài)室溫及500℃高溫拉伸性能均具有明顯的各向異性。經(jīng)過熱處理后室／高溫拉伸性能 均獲得改善并高于鍛件要求且各向異性明顯降低。與沉積態(tài)相比，熱處理態(tài)室溫抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率 各向異性分別從4.4％和27.1％降低至1.6％和5.4％。柱狀晶及其晶界連續(xù)α相是引起塑性各向異性 的原因。

劉祥宇等［34］研究了不同固溶溫度對(duì)高功率增材制造TA15的物相組成、微觀組織以及力學(xué)性能各 向異性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，平行增材方向上的組織主要體現(xiàn)為外延生長(zhǎng)的柱狀晶，垂直于增材方向 的組織則為等軸晶。并且隨著固溶溫度的下降，柱狀晶與等軸晶的尺寸明顯減小。在850℃ ／2ｈ／風(fēng)冷＋650℃／3ｈ／空冷的熱處理?xiàng)l件下，具有更高的抗拉強(qiáng)度（橫向1017.8 MPa，縱向991.9MPa）與屈服強(qiáng)度（橫向929.9MPa，縱向893.1MPa）；在950℃／2ｈ／風(fēng) 冷＋650℃／3ｈ／空冷的熱處理?xiàng)l件下，具有更優(yōu)的伸長(zhǎng)率（橫向16.7％，縱向17.2％）與斷面 收縮率（橫向32.7％，縱向43.7％）；隨著固溶溫度的提升，TA15拉伸性能的各向異性降低。

張穎等［35］研究了雙重退火工藝（890℃×1ｈ／ＦＣ＋750℃×2ｈ／ＡＣ，570℃×4 ｈ／ＡＣ）對(duì)激光增材沉積和修復(fù)兩種狀態(tài)的TC18鈦合金的組織和力學(xué)性能的影響，并與原始鍛件 TC18鈦合金進(jìn)行比較。結(jié)果表明，激光增材修復(fù)試樣微觀組織為典型的類鑄態(tài)組織，主要由層狀β 晶粒組成。激光增材修復(fù)試樣經(jīng)雙重退火后為魏氏組織，原始β晶界仍清晰可見，晶內(nèi)分布著交錯(cuò)的 （α＋β）集束。經(jīng)雙重退火后，激光增材沉積試樣強(qiáng)度低于鍛件，塑性高于鍛件，激光增材修復(fù)試樣的 性能介于兩者之間，其沖擊性能比鍛件的沖擊性能高約60％。激光增材沉積、激光增材修復(fù)兩種狀態(tài)經(jīng)退 火熱處理后力學(xué)性能都能達(dá)到TC18鍛件規(guī)定值。

陳素明等［36］研究了退火工藝參數(shù)對(duì)增材制造TC18鈦合金力學(xué)性能和組織的影響。結(jié)果表明， 增材制造TC18鈦合金試塊宏觀形貌平整，表面沒有裂紋等缺陷，表面呈均勻的銀白色。試樣經(jīng)600 ℃退火保溫2ｈ后的各項(xiàng)力學(xué)性能均滿足ＧＪＢ2744Ａ-2007指標(biāo)要求，其規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度為1 036MPa，抗拉強(qiáng)度為1084MPa，斷后伸長(zhǎng)率為9.8％，斷面收縮率為30％。增材制造TC18鈦合金 的組織為典型的柱狀晶組織，粗大的β相柱狀晶粒內(nèi)為細(xì)長(zhǎng)的針狀α相及編織細(xì)密的α＋β相板條 組織，隨著退火溫度的升高，β相柱狀晶內(nèi)的針狀α相逐漸粗化。

綜上所述，利用熱處理工藝對(duì)鈦合金進(jìn)行處理已經(jīng)成為一種簡(jiǎn)單高效的途徑，通過改變相應(yīng)的工藝即 可獲得性能優(yōu)異的鈦合金材料。

3、結(jié)束語

隨著個(gè)性化需求的不斷提高，增材制造技術(shù)也迎來了不錯(cuò)的發(fā)展前景，但目前對(duì)增材制造技術(shù)的研究 還不系統(tǒng)。本研究總結(jié)了近年來增材制造鈦合金研究取得的研究成果，從力學(xué)性能、疲勞性能、高溫氧化 性能、摩擦磨損性能和生物相容性角度對(duì)性能的研究進(jìn)行歸類總結(jié)，介紹了添加合金元素和進(jìn)行熱處理對(duì) 鈦合金組織及性能的影響。可以看出，通過不同的處理手段均取得了一定的研究進(jìn)展，得到了組織細(xì)化、 性能強(qiáng)化的研究機(jī)理，下一步應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)這方面的研究，不斷推進(jìn)工程實(shí)際的應(yīng)用。

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