據(jù)美國《Advanced Materials & Processes》期刊2014年第2期報道]由于采用傳統(tǒng)工藝制造鈦合金零件成本高,包括增材制造技術(shù)在內(nèi)的粉末冶金(PM)等鈦合金構(gòu)件低成本制造技術(shù)研究日益活躍!Additive Manufacturing of Titanium Alloys》一文對鈦合金Ti-6Al-4V增材制造技術(shù)在航天航空工業(yè)等領(lǐng)域的*新進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。
首先,對金屬增材制造技術(shù)的類別及特點進(jìn)行了分析。依據(jù)美國試驗材料學(xué)會(ASTM)定義,金屬增材制造技術(shù)分為定向能量沉積(DED)和粉末熔覆(PBF)兩類。定向能量沉積技術(shù)有直接金屬沉積技術(shù)(DMD)、激光近凈成形技術(shù)(LENS)、直接制造技術(shù)(DM)等。粉末熔覆技術(shù)有選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)、直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)(DMLS)、選擇性激光熔融技術(shù)(SLM)、電子束熔融技術(shù)(EBM)、激光快速成形技術(shù)等。
其次,對金屬增材制造技術(shù)的*新應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。大多數(shù)金屬增材制造零件需要進(jìn)行精加工處理。定向能量沉積技術(shù)可用于全功能鈦合金新零件的制造、涂層制備、再制造以及受損零件的修復(fù)等。隨后,對增材制造鈦合金Ti-6Al-4V零件的微觀組織及力學(xué)性能進(jìn)行了分析。與傳統(tǒng)加工工藝(鑄造、鍛造以及鍛造退火)制造的材料相比,采用DMD、LENS、DMLS、EBM等技術(shù)制造的材料屈服強度和抗拉強度更高或相當(dāng),采用DMD、LENS、DMLS等激光增材制造技術(shù)制造的材料由于馬氏體的形成而韌性較差些。但是,材料的韌性可以通過后續(xù)的熱等靜壓處理(HIP)或熱處理加以改善。例如,直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)(DMLS)制造的零件抗拉強度超過了1200兆帕,而傳統(tǒng)工藝制造的零件抗拉強度則不到900兆帕。與激光增材制造的Ti-6Al-4V相比,EBM技術(shù)制造的Ti-6Al-4V由于殘余應(yīng)力較低而韌性更好。與傳統(tǒng)加工工藝(鑄造、鍛造)制造的材料相比,增材制造的Ti-6Al-4V疲勞強度相近?梢,與傳統(tǒng)工藝制造的鈦合金零件相比,增材制造鈦合金零件的力學(xué)性能更好或相當(dāng)。
*后,對增材制造技術(shù)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢進(jìn)行了論述。通過優(yōu)化設(shè)計,增材制造技術(shù)可實現(xiàn)零件減重和降低制造成本,經(jīng)濟(jì)效益顯著,將對航天航空工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。零件減重比較典型的例子就是商業(yè)客機的座椅安全帶扣的制造。通過大量的有限元分析改進(jìn)了該空心結(jié)構(gòu)件的設(shè)計,確保該結(jié)構(gòu)件具有足夠的抗沖擊強度;隨后,通過DMLS技術(shù)制造Ti-6Al-4V座椅安全帶扣,比傳統(tǒng)的鋼制安全帶扣減重85g,減重率55%。另外,橡樹嶺國家實驗室(ORNL)利用電子束熔融技術(shù)制造了聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(JSF)發(fā)動機Ti-6Al-4V放氣泄露檢查(BALD)支架,成本大約可節(jié)省50%。在維修方面,直接金屬沉積技術(shù)修復(fù)航天航空鈦合金零部件可節(jié)省成本60~80%。