Ti-6Al-4V(TC4)鈦合(he)金是目(mu)前在快(kuai)(kuai)(kuai)速成(cheng)形技術(shu)中應用最多的(de)(de)金屬材料(liao)，Ti-6Al-4V鈦合(he)金具(ju)有(you)密度低、強度高、耐熱(re)及(ji)(ji)耐腐蝕性(xing)(xing)(xing)能好(hao)、生物相(xiang)容性(xing)(xing)(xing)優異等優點。在快(kuai)(kuai)(kuai)速成(cheng)形技術(shu)的(de)(de)發(fa)展和(he)應用普及(ji)(ji)過(guo)(guo)程中，缺(que)乏相(xiang)應的(de)(de)技術(shu)標(biao)準已經是限制其快(kuai)(kuai)(kuai)速發(fa)展和(he)應用普及(ji)(ji)的(de)(de)重要(yao)(yao)因素之一(yi)。統(tong)一(yi)的(de)(de)技術(shu)標(biao)準有(you)助于使快(kuai)(kuai)(kuai)速成(cheng)形零件(jian)質(zhi)(zhi)量(liang)更可靠(kao)，更容易(yi)被用戶接受和(he)應用普及(ji)(ji)，工(gong)藝過(guo)(guo)程和(he)質(zhi)(zhi)量(liang)更加穩定，也有(you)助于降(jiang)低快(kuai)(kuai)(kuai)速成(cheng)形零件(jian)的(de)(de)生產(chan)成(cheng)本。充(chong)分(fen)了解TC4快(kuai)(kuai)(kuai)速成(cheng)形零件(jian)質(zhi)(zhi)量(liang)標(biao)準和(he)要(yao)(yao)求對生產(chan)商和(he)用戶都是十分(fen)必要(yao)(yao)的(de)(de)。本文結合(he)最新的(de)(de)ASTM F2924-14《Ti-6Al-4V 粉末熔化粉床增材制造(zao)標(biao)準》為大家(jia)分(fen)析說明TC4快(kuai)(kuai)(kuai)速成(cheng)形零件(jian)生產(chan)過(guo)(guo)程的(de)(de)質(zhi)(zhi)量(liang)和(he)性(xing)(xing)(xing)能要(yao)(yao)求。

1、ASTM F2924-14簡介

2009年美國材料(liao)(liao)與試(shi)(shi)驗協會(hui)（ASTM）成(cheng)立(li)了專門的增材制造(zao)技術(shu)委員會(hui)ASTM F-42，下設試(shi)(shi)驗方(fang)法(fa)、設計、材料(liao)(liao)和工藝(yi)、人員、術(shu)語等(deng)分委會(hui)。ASTM F2924正(zheng)是美國材料(liao)(liao)與試(shi)(shi)驗協會(hui)頒布的一項Ti-6Al-4V粉床熔化(hua)快速成(cheng)形技術(shu)標準，適(shi)用于(yu)現(xian)有(you)的激光(guang)選區熔化(hua)快速成(cheng)形（Selective Laser Melting，SLM）和電子束選區熔化(hua)快速成(cheng)形（Eelectron Beam Additive Manufacturing, EBAM）。目前ASTM F2924已(yi)有(you)兩個版(ban)本，分別(bie)是ASTM F2924-12和ASTM F2924-14。ASTM F2924-14與ASTM F2924-12相比在質(zhi)量等(deng)級劃分、顯微組織要求方(fang)面有(you)更新和改進(jin)。

2、質量等級的劃分

ASTM F2924-14中(zhong)根據零件(jian)的(de)質(zhi)量要(yao)求和不(bu)同(tong)熱處理(li)狀態(tai)將快速成形(xing)零件(jian)質(zhi)量等(deng)(deng)級分為(wei)A、B、C、D、E、F共6個等(deng)(deng)級，如表1所示。用戶可根據不(bu)同(tong)的(de)需(xu)求與快速成形(xing)零件(jian)制造商(shang)通過協商(shang)選擇合適的(de)質(zhi)量等(deng)(deng)級。

表1 Ti-6Al-4V快速(su)成(cheng)形零件質量等級劃分

3、化學成分要求

ASTM F2924-14中規定，除過Class E以(yi)外，粉末快速成形零件(jian)的化學成分都應符(fu)合(he)表(biao)2中的規定，從表(biao)中可(ke)以(yi)看出(chu)其化學成分與鍛件(jian)基本相同(tong)。

表2 Ti-6Al-4V粉(fen)末(mo)快速成(cheng)形零件化學(xue)成(cheng)分要(yao)求(qiu)

4、拉(la)伸力學性能要求

ASTM F2924-14中規定(ding)應分別(bie)從(cong)X、Y、Z三(san)(san)個制造方向(xiang)檢測(ce)快(kuai)速(su)成(cheng)形(xing)零(ling)件的(de)(de)拉伸(shen)(shen)力學性能(neng)，試(shi)樣的(de)(de)來源可是(shi)分別(bie)沿三(san)(san)個方向(xiang)沉積制造拉伸(shen)(shen)試(shi)樣，或者是(shi)從(cong)大的(de)(de)成(cheng)形(xing)零(ling)件上截取。X、Y、Z三(san)(san)個方向(xiang)的(de)(de)拉伸(shen)(shen)試(shi)驗性能(neng)數值均應符(fu)合表3中的(de)(de)規定(ding)。從(cong)表中我們也可以看出ASTM F2924-14快(kuai)速(su)成(cheng)形(xing)零(ling)件的(de)(de)拉伸(shen)(shen)性能(neng)要(yao)求(qiu)與(yu)鍛件的(de)(de)性能(neng)要(yao)求(qiu)基本差(cha)不(bu)多(duo)。

ASTM F2924-14中(zhong)規(gui)定(ding)試(shi)樣(yang)可(ke)(ke)以(yi)是(shi)經機械加工的(de)試(shi)樣(yang)，也可(ke)(ke)以(yi)是(shi)近(jin)凈成(cheng)形的(de)試(shi)棒。盡管在平臺上不同(tong)位(wei)(wei)置和不同(tong)方(fang)(fang)向力學(xue)性能(neng)可(ke)(ke)能(neng)會(hui)有(you)差異，標準(zhun)中(zhong)并(bing)沒有(you)規(gui)定(ding)試(shi)棒試(shi)樣(yang)的(de)沉積制(zhi)造的(de)位(wei)(wei)置，但是(shi)ASTM F2971-13中(zhong)要求(qiu)拉伸(shen)試(shi)驗時必須注(zhu)明(ming)試(shi)樣(yang)在成(cheng)形設備(bei)內的(de)位(wei)(wei)置和制(zhi)造方(fang)(fang)向。

ASTM F2924-14標(biao)準中(zhong)沒有強(qiang)制(zhi)規定拉伸(shen)試樣是應(ying)在熱處理前還是熱處理后，這一(yi)點(dian)需要(yao)供需雙方協(xie)商確定，但是不(bu)管(guan)哪一(yi)種狀態的試樣都應(ying)該符(fu)合(he)表3中(zhong)的要(yao)求。

表3 Ti-6Al-4V粉(fen)末快速成形零件拉(la)伸(shen)性(xing)能要(yao)求

5、金屬微觀(guan)組織性能(neng)要求

ASTM F2924-14標準規定(ding)最終(zhong)完成交付的(de)快速成形零(ling)件(jian)表面不允許有α污染(ran)層(ceng)，但是(shi)在供需(xu)(xu)雙(shuang)方(fang)認(ren)可的(de)情況下允許采(cai)用適當的(de)后處理(li)措施(shi)去除(chu)α污染(ran)層(ceng)。ASTM F2924-14標準對于(yu)Ti-6Al-4V合金(jin)零(ling)件(jian)微觀組織結構并沒(mei)有強制性規定(ding)，比如(ru)α相(xiang)是(shi)否(fou)可以是(shi)針狀(zhuang)、片(pian)層(ceng)狀(zhuang)、等軸、或網籃狀(zhuang)組織，以及是(shi)否(fou)允許初生β晶(jing)界上有連續的(de)α相(xiang)，柱(zhu)狀(zhuang)晶(jing)的(de)尺寸等，這些需(xu)(xu)要(yao)供需(xu)(xu)方(fang)協商確定(ding)。

6、熱處理(li)和交貨(huo)狀態要求

如表1所示。

7、無損(sun)探傷(shang)和(he)其他性能檢測

除(chu)以上(shang)要(yao)求(qiu)外，ASTM F2924-14對快速(su)成形零件表(biao)面質量(liang)和內部質量(liang)并沒有強制要(yao)求(qiu)。標準中提到如果(guo)用戶有上(shang)述需求(qiu)可以與制造商通過協商進行液體滲透 、射(she)線探傷、硬度檢測、斷裂韌性試(shi)(shi)驗、疲勞試(shi)(shi)驗、裂紋擴展速(su)率試(shi)(shi)驗等。

8、結束語

目前(qian)在(zai)我國快速(su)(su)成形技(ji)術(shu)處于快速(su)(su)發展(zhan)階段，金屬直接(jie)沉積以及(ji)鈦合金激光(guang)快速(su)(su)成形大(da)型關鍵、重(zhong)要承力部件已經在(zai)飛(fei)機上(shang)使用和試驗(yan)，相信(xin)快速(su)(su)成形標準(zhun)能(neng)夠加速(su)(su)這項(xiang)技(ji)術(shu)在(zai)各個領域的發展(zhan)和應用普及(ji)。