Ti-6Al-4V(TC4)鈦合金是目前在快速成形技術(shù)中應(yīng)用最多的金屬材料，Ti-6Al-4V鈦合金具有密度低、強(qiáng)度高、耐熱及耐腐蝕性能好、生物相容性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。在快速成形技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用普及過(guò)程中，缺乏相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)是限制其快速發(fā)展和應(yīng)用普及的重要因素之一。統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有助于使快速成形零件質(zhì)量更可靠，更容易被用戶接受和應(yīng)用普及，工藝過(guò)程和質(zhì)量更加穩(wěn)定，也有助于降低快速成形零件的生產(chǎn)成本。充分了解TC4快速成形零件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和要求對(duì)生產(chǎn)商和用戶都是十分必要的。本文結(jié)合最新的ASTM F2924-14《Ti-6Al-4V 粉末熔化粉床增材制造標(biāo)準(zhǔn)》為大家分析說(shuō)明TC4快速成形零件生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量和性能要求。

1、ASTM F2924-14簡(jiǎn)介

2009年美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）成立了專門的增材制造技術(shù)委員會(huì)ASTM F-42，下設(shè)試驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)、材料和工藝、人員、術(shù)語(yǔ)等分委會(huì)。ASTM F2924正是美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)頒布的一項(xiàng)Ti-6Al-4V粉床熔化快速成形技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，適用于現(xiàn)有的激光選區(qū)熔化快速成形（Selective Laser Melting，SLM）和電子束選區(qū)熔化快速成形（Eelectron Beam Additive Manufacturing, EBAM）。目前ASTM F2924已有兩個(gè)版本，分別是ASTM F2924-12和ASTM F2924-14。ASTM F2924-14與ASTM F2924-12相比在質(zhì)量等級(jí)劃分、顯微組織要求方面有更新和改進(jìn)。

2、質(zhì)量等級(jí)的劃分

ASTM F2924-14中根據(jù)零件的質(zhì)量要求和不同熱處理狀態(tài)將快速成形零件質(zhì)量等級(jí)分為A、B、C、D、E、F共6個(gè)等級(jí)，如表1所示。用戶可根據(jù)不同的需求與快速成形零件制造商通過(guò)協(xié)商選擇合適的質(zhì)量等級(jí)。

表1 Ti-6Al-4V快速成形零件質(zhì)量等級(jí)劃分

3、化學(xué)成分要求

ASTM F2924-14中規(guī)定，除過(guò)Class E以外，粉末快速成形零件的化學(xué)成分都應(yīng)符合表2中的規(guī)定，從表中可以看出其化學(xué)成分與鍛件基本相同。

表2 Ti-6Al-4V粉末快速成形零件化學(xué)成分要求

4、拉伸力學(xué)性能要求

ASTM F2924-14中規(guī)定應(yīng)分別從X、Y、Z三個(gè)制造方向檢測(cè)快速成形零件的拉伸力學(xué)性能，試樣的來(lái)源可是分別沿三個(gè)方向沉積制造拉伸試樣，或者是從大的成形零件上截取。X、Y、Z三個(gè)方向的拉伸試驗(yàn)性能數(shù)值均應(yīng)符合表3中的規(guī)定。從表中我們也可以看出ASTM F2924-14快速成形零件的拉伸性能要求與鍛件的性能要求基本差不多。

ASTM F2924-14中規(guī)定試樣可以是經(jīng)機(jī)械加工的試樣，也可以是近凈成形的試棒。盡管在平臺(tái)上不同位置和不同方向力學(xué)性能可能會(huì)有差異，標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有規(guī)定試棒試樣的沉積制造的位置，但是ASTM F2971-13中要求拉伸試驗(yàn)時(shí)必須注明試樣在成形設(shè)備內(nèi)的位置和制造方向。

ASTM F2924-14標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有強(qiáng)制規(guī)定拉伸試樣是應(yīng)在熱處理前還是熱處理后，這一點(diǎn)需要供需雙方協(xié)商確定，但是不管哪一種狀態(tài)的試樣都應(yīng)該符合表3中的要求。

表3 Ti-6Al-4V粉末快速成形零件拉伸性能要求

5、金屬微觀組織性能要求

ASTM F2924-14標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最終完成交付的快速成形零件表面不允許有α污染層，但是在供需雙方認(rèn)可的情況下允許采用適當(dāng)?shù)暮筇幚泶胧┤コ廖廴緦印STM F2924-14標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于Ti-6Al-4V合金零件微觀組織結(jié)構(gòu)并沒(méi)有強(qiáng)制性規(guī)定，比如α相是否可以是針狀、片層狀、等軸、或網(wǎng)籃狀組織，以及是否允許初生β晶界上有連續(xù)的α相，柱狀晶的尺寸等，這些需要供需方協(xié)商確定。

6、熱處理和交貨狀態(tài)要求

如表1所示。

7、無(wú)損探傷和其他性能檢測(cè)

除以上要求外，ASTM F2924-14對(duì)快速成形零件表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量并沒(méi)有強(qiáng)制要求。標(biāo)準(zhǔn)中提到如果用戶有上述需求可以與制造商通過(guò)協(xié)商進(jìn)行液體滲透 、射線探傷、硬度檢測(cè)、斷裂韌性試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)、裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)等。

8、結(jié)束語(yǔ)

目前在我國(guó)快速成形技術(shù)處于快速發(fā)展階段，金屬直接沉積以及鈦合金激光快速成形大型關(guān)鍵、重要承力部件已經(jīng)在飛機(jī)上使用和試驗(yàn)，相信快速成形標(biāo)準(zhǔn)能夠加速這項(xiàng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用普及。