钛合金电弧增材制造工艺及微观组织调控的研究现状

作     者：黄健康 吴昊盛 于晓全 刘光银 余淑荣 HUANG Jiankang;WU Haosheng;YU Xiaoquan;LIU Guangyin;YU Shurong

作者机构：兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050 兰州理工大学机电工程学院兰州730050 

出 版 物：《材料导报》 (Materials Reports)

年 卷 期：2023年第37卷第14期

页      面：97-102页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(52065040)。 

主　　题：钛合金 电弧增材制造 微观组织 调控工艺 

摘      要：钛合金以其高强度、抗高温蠕变、低密度以及良好的生物相容性等性能特点,在航空航天、生物医学等领域得到广泛应用。当使用传统机械加工和铸造工艺制造钛合金构件时,其存在生产工艺复杂、材料利用率低、难以一次成型复杂结构等问题。增材制造(Additive manufacture,AM)作为一种新兴制造技术,因其特有的逐层堆积的工艺特性,在钛合金材料及其复杂构件生产制造方面具有广阔的应用前景。电弧增材制造(Wire arc additive manufacture,WAAM)具有沉积效率高、原材料利用率高、设备成本低等特点,是增材制造工艺中研究最早且应用最成熟的一种工艺。由于电弧增材制造过程中液态金属凝固速率大,其组织中易出现马氏体、针状α相、魏氏体相,这将极大削弱其力学性能并造成力学性能的各向异性。此外,构件表面粗糙度高、残余应力大、尺寸精度低等缺点也是限制电弧增材制造被广泛应用的重要因素。因此,需要对增材件的微观组织进行调控,并改进电弧增材制造工艺,以提高钛合金构件性能。当前,钛合金增材件微观组织的调控主要有两种工艺路径:后热处理和实时调控。后热处理是对增材构件进行适当的热处理以改善合金组织,提高钛合金性能。实时调控主要通过添加合金元素的方法进行冶金调控,并且可以生成强化相或细化晶粒。此外,将增材制造与其他辅助工艺相结合,如借助层间冷却、喷丸和超声波冲击处理等工艺,不仅可以细化晶粒,还可以有效地释放残余应力。本文首先介绍了钛合金电弧增材制造技术的工艺特点,综述了用于制造钛合金零件的几种基本WAAM工艺,并介绍了不同工艺下钛合金的组织及性能,讨论了用于优化钛合金增材制造件的微观结构、提高其力学性能的工艺方法,最后总结了当前几种WAAM工艺的优劣,以及微观组织调控的方法,并展望了WAAM未来的研究方向。