Ti-6Al-4V金屬粉末快速成形標(biāo)準(zhǔn)解析—質(zhì)量性能要求
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發(fā)布時間：2017-03-17
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)》為大家分析說明TC4快速成形零件生產(chǎn)過程的質(zhì)量和性能要求。
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、ASTM F2924-14簡介
2009年美國材料與試驗(yàn)協(xié)會（ASTM）成立了專門的增材制造技術(shù)委員會ASTM F-42
，下設(shè)試驗(yàn)方法、設(shè)計
、材料和工藝
、人員、術(shù)語等分委會
。ASTM F2924正是美國材料與試驗(yàn)協(xié)會頒布的一項(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)量等級劃分
、顯微組織要求方面有更新和改進(jìn)
。
2、質(zhì)量等級的劃分
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)量等級分為A
、B
、C、D
、E
、F共6個等級，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協(xié)商選擇合適的質(zhì)量等級
。
表1 Ti-6Al-4V快速成形零件質(zhì)量等級劃分
3、化學(xué)成分要求
ASTM F2924-14中規(guī)定
，除過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
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、拉伸力學(xué)性能要求
ASTM F2924-14中規(guī)定應(yīng)分別從X、Y
、Z三個制造方向檢測快速成形零件的拉伸力學(xué)性能
，試樣的來源可是分別沿三個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。盡管在平臺上不同位置和不同方向力學(xué)性能可能會有差異
，標(biāo)準(zhǔn)中并沒有規(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
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、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)對于Ti-6Al-4V合金零件微觀組織結(jié)構(gòu)并沒有強(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。
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、熱處理和交貨狀態(tài)要求
如表1所示
。
7、無損探傷和其他性能檢測
除以上要求外
，ASTM F2924-14對快速成形零件表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量并沒有強(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協(xié)商進(jìn)行液體滲透 、射線探傷
、硬度檢測
、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
目前在我國快速成形技術(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)在各個領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用普及
。
