Ti-6Al-4V(TC4)鈦合(he)金是目前在(zai)(zai)快(kuai)(kuai)速(su)成(cheng)形(xing)技(ji)術(shu)中(zhong)應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)最多的(de)(de)(de)金屬材料，Ti-6Al-4V鈦合(he)金具有(you)密(mi)度低、強度高、耐(nai)熱及耐(nai)腐(fu)蝕性能好、生物相容性優異(yi)等(deng)優點。在(zai)(zai)快(kuai)(kuai)速(su)成(cheng)形(xing)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)發展和應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)普及過(guo)程中(zhong)，缺乏相應(ying)(ying)(ying)的(de)(de)(de)技(ji)術(shu)標(biao)(biao)準已(yi)經是限制(zhi)其快(kuai)(kuai)速(su)發展和應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)普及的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)因素之一(yi)。統一(yi)的(de)(de)(de)技(ji)術(shu)標(biao)(biao)準有(you)助于(yu)使(shi)快(kuai)(kuai)速(su)成(cheng)形(xing)零(ling)件(jian)質(zhi)量更(geng)可靠(kao)，更(geng)容易被用(yong)(yong)戶接受和應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)普及，工藝過(guo)程和質(zhi)量更(geng)加穩定(ding)，也有(you)助于(yu)降低快(kuai)(kuai)速(su)成(cheng)形(xing)零(ling)件(jian)的(de)(de)(de)生產成(cheng)本。充分了解TC4快(kuai)(kuai)速(su)成(cheng)形(xing)零(ling)件(jian)質(zhi)量標(biao)(biao)準和要(yao)求對生產商(shang)和用(yong)(yong)戶都是十分必要(yao)的(de)(de)(de)。本文結合(he)最新(xin)的(de)(de)(de)ASTM F2924-14《Ti-6Al-4V 粉末熔化粉床增材制(zhi)造標(biao)(biao)準》為大家分析說明TC4快(kuai)(kuai)速(su)成(cheng)形(xing)零(ling)件(jian)生產過(guo)程的(de)(de)(de)質(zhi)量和性能要(yao)求。

1、ASTM F2924-14簡介

2009年美(mei)國(guo)材料(liao)與(yu)(yu)試(shi)驗(yan)協(xie)(xie)會(hui)(hui)（ASTM）成(cheng)立了專門的增材制造技術委員會(hui)(hui)ASTM F-42，下設試(shi)驗(yan)方法、設計、材料(liao)和(he)工藝、人員、術語等分(fen)委會(hui)(hui)。ASTM F2924正是美(mei)國(guo)材料(liao)與(yu)(yu)試(shi)驗(yan)協(xie)(xie)會(hui)(hui)頒布的一項Ti-6Al-4V粉床(chuang)熔化快速成(cheng)形(xing)(xing)(xing)技術標(biao)準(zhun)，適用(yong)于現有的激光選(xuan)區熔化快速成(cheng)形(xing)(xing)(xing)（Selective Laser Melting，SLM）和(he)電子(zi)束選(xuan)區熔化快速成(cheng)形(xing)(xing)(xing)（Eelectron Beam Additive Manufacturing, EBAM）。目前ASTM F2924已有兩個版本，分(fen)別是ASTM F2924-12和(he)ASTM F2924-14。ASTM F2924-14與(yu)(yu)ASTM F2924-12相比在質(zhi)量(liang)等級劃分(fen)、顯微組織(zhi)要求(qiu)方面有更新和(he)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(liang)要求和不(bu)同熱處理狀態將快速(su)(su)成(cheng)形零件(jian)質(zhi)量(liang)等級分為A、B、C、D、E、F共6個等級，如表(biao)1所示。用戶可根據不(bu)同的(de)需求與(yu)快速(su)(su)成(cheng)形零件(jian)制造商通(tong)過協商選擇合適的(de)質(zhi)量(liang)等級。

表(biao)1 Ti-6Al-4V快速成形零(ling)件質量等級劃分

3、化學成分要求

ASTM F2924-14中規(gui)定，除過Class E以外，粉末快速(su)成(cheng)形零(ling)件的化(hua)學成(cheng)分都應符合表2中的規(gui)定，從表中可(ke)以看出其化(hua)學成(cheng)分與鍛件基本相同(tong)。

表(biao)2 Ti-6Al-4V粉(fen)末快速成(cheng)(cheng)形零件化學成(cheng)(cheng)分要(yao)求

4、拉伸(shen)力學(xue)性能要(yao)求(qiu)

ASTM F2924-14中規定應分(fen)別從(cong)X、Y、Z三個制造方(fang)(fang)向檢測快(kuai)速成(cheng)形(xing)零件的拉(la)伸力學性(xing)(xing)能，試樣(yang)的來源可(ke)是分(fen)別沿(yan)三個方(fang)(fang)向沉(chen)積制造拉(la)伸試樣(yang)，或者是從(cong)大的成(cheng)形(xing)零件上截取(qu)。X、Y、Z三個方(fang)(fang)向的拉(la)伸試驗性(xing)(xing)能數值均應符合表(biao)3中的規定。從(cong)表(biao)中我們也可(ke)以看出ASTM F2924-14快(kuai)速成(cheng)形(xing)零件的拉(la)伸性(xing)(xing)能要(yao)求與鍛件的性(xing)(xing)能要(yao)求基本差不多。

ASTM F2924-14中規定試(shi)樣可以是(shi)經機械加工的試(shi)樣，也可以是(shi)近凈(jing)成形(xing)的試(shi)棒(bang)。盡管在平臺上不同位(wei)置(zhi)和不同方向力學性能可能會有差異，標準(zhun)中并沒有規定試(shi)棒(bang)試(shi)樣的沉積(ji)制(zhi)造的位(wei)置(zhi)，但是(shi)ASTM F2971-13中要求拉伸試(shi)驗時必須(xu)注(zhu)明試(shi)樣在成形(xing)設備內的位(wei)置(zhi)和制(zhi)造方向。

ASTM F2924-14標準(zhun)中沒有強制規定(ding)拉(la)伸試(shi)樣是應(ying)在熱(re)處理(li)前還是熱(re)處理(li)后(hou)，這一點(dian)需(xu)要供需(xu)雙方協商確定(ding)，但是不管(guan)哪(na)一種狀態的試(shi)樣都應(ying)該符合(he)表3中的要求。

表(biao)3 Ti-6Al-4V粉末快速(su)成形零件拉伸性能(neng)要(yao)求

5、金(jin)屬(shu)微觀(guan)組織(zhi)性能要求

ASTM F2924-14標準(zhun)規(gui)定(ding)(ding)最終完成(cheng)交付(fu)的(de)快速成(cheng)形零件(jian)表面(mian)不允(yun)許有α污染(ran)層(ceng)(ceng)，但是在供需雙(shuang)方認(ren)可的(de)情況下允(yun)許采用適當(dang)的(de)后處理措施去除α污染(ran)層(ceng)(ceng)。ASTM F2924-14標準(zhun)對于Ti-6Al-4V合金零件(jian)微(wei)觀(guan)組織結構(gou)并沒有強制性規(gui)定(ding)(ding)，比(bi)如α相是否(fou)可以是針狀、片層(ceng)(ceng)狀、等(deng)軸、或(huo)網籃狀組織，以及是否(fou)允(yun)許初生(sheng)β晶(jing)界(jie)上有連續的(de)α相，柱狀晶(jing)的(de)尺寸等(deng)，這些需要供需方協商(shang)確定(ding)(ding)。

6、熱處理和交貨狀態要求

如表1所示。

7、無損探傷和其他性能(neng)檢測

除(chu)以(yi)上要(yao)求外，ASTM F2924-14對快速(su)成形(xing)零件(jian)表面質量(liang)和內(nei)部質量(liang)并沒有強制(zhi)(zhi)要(yao)求。標準中(zhong)提(ti)到如果用(yong)戶有上述需求可以(yi)與制(zhi)(zhi)造商通過協商進行液體滲透(tou) 、射線(xian)探傷、硬度檢測、斷裂(lie)韌(ren)性試(shi)驗(yan)(yan)、疲勞試(shi)驗(yan)(yan)、裂(lie)紋擴展(zhan)速(su)率試(shi)驗(yan)(yan)等。

8、結束語

目前在我國快(kuai)速成(cheng)形技(ji)術處于快(kuai)速發展階段，金屬直接沉積以及(ji)鈦合(he)金激光快(kuai)速成(cheng)形大型關鍵(jian)、重要承力部件已經在飛(fei)機上(shang)使(shi)用(yong)和(he)試驗(yan)，相信快(kuai)速成(cheng)形標準(zhun)能夠加速這項技(ji)術在各個領(ling)域(yu)的發展和(he)應(ying)用(yong)普及(ji)。