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钛合金增材制造技术研究现状及发展趋势摘要：增材制造技术成型原理是通过计算机中生成部件的三维CAD模型，根据模型的尺寸数据采用激光、电弧等热源将原材料逐层堆积起来形成立体部件的技术，该技术的优点是工艺简单、生产成本低、适用范围广。
为抢占该技术的战略制高点，美国、欧盟、日本等国家相继出台相关政策扶持，有效促进了该技术的向前发展，中国、俄罗斯、新加坡等国也紧随其后，成立相关研究机构。
文中简要介绍了增材制造技术国内外发展团队及领头企业，综述了钛合金增材制造技术的发展现状，重点从钛合金成型工艺的优势及不足等方面分析研究了新进展，探讨了钛合金增材制造技术所面临的不足以及未来发展方向。
一、增材制造行业发展现状1.1 国外发展概况为抢占增材制造这一技术及产业发展的战略制高点，美国、日本、欧盟等主要国家和地区纷纷将增材制造列为未来优先发展方向，制定了发展规划及扶持政策。
美国增材制造研究所是该国制造业创新驱动下的第 1家研究所；德国、英国、澳大利亚、韩国等在各自的科技战略中，不约而同将增材制造作为突破的技术方向之一，有的还出台了相关的技术发展路线图；俄罗斯和新加坡等通过发布研究计划，支持包括增材制造在内的新型制造技术的发展。
1.2 国内发展现状我国增材制造起步于上个世纪90年代，代表性研究机构主要有西安交通大学、北京航空航天大学、西北工业大学、华中科技大学等，在国家和地方政府的支持下，在21世纪初期，部分科研院所就已初步实现了产业化，取得重大进展。
随后国内许多高校和研究机构也开展了相关研究，到2000 年初步实现了设备产业化，并接近国外产品水平，改变了该类设备早期依赖进口的局面。
在国家和地方的支持下，全国建立了20 多个服务中心，设备用户遍布医疗、航空航天、汽车、军工、模具、电子电器、造船等行业，推动了我国制造技术的发展。
但是，我国3D 打印技术主要应用在工业领域，没有在消费品领域形成市场；在产业化技术发展和应用方面落后于美国和欧洲；在技术研发方面，我国增材制造装备的部分技术水平与国外先进水平相当，但在关键器件、成形材料、智能化控制和应用范围等方面较为落后。
第53卷第1期表面技术2024年1月SURFACE TECHNOLOGY·15·激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展竺俊杰1，王优强1,2*，倪陈兵1,2，王雪兆1，刘德建1，房玉鑫1，李梦杰1（1.青岛理工大学，山东 青岛 266520；2.工业流体节能与污染控制教育部重点实验室，山东 青岛 266520）摘要：激光选区熔化（SLM）技术与激光熔化沉积（LMD）技术在航空航天、生物医疗等领域的应用具有巨大潜力，但由于成形的Ti6Al4V合金构件存在较差的表面质量、较大的残余应力以及内部孔洞等问题，影响了构件的力学性能，从而制约了其大规模的应用。
针对这一现状，首先概述了激光选区熔化技术与激光熔化沉积技术的制造原理，比较了2种增材制造技术的成形参数及其特点，并分析了2种不同成形技术的自身优势以及适用场合。
其次，从2种增材制造技术成形钛合金的工艺参数入手，综述了激光功率、扫描速度、激光扫描间距、铺粉厚度、粉床温度等参数对SLM工艺成形钛合金的影响，以及激光功率、扫描速度、送粉速率等参数对LMD工艺成形钛合金的影响。
发现成形工艺参数直接影响了粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构，从而影响成形件的组织与力学性能。
此外，综述了不同的扫描策略对两种增材制造技术成形钛合金的表面质量与力学性能的影响，可以发现在不同扫描策略下同一试样表面的不同区域表面质量、残余应力以及抗拉强度存在较大差异，同一扫描策略下试样的不同表面之间也存在各向异性。
最后，探讨了不同热处理工艺对钛合金微观组织和力学性能的影响，通过合适的热处理能够降低成形构件应力，并调控组织相变和性能。
关键词：激光选区熔化；激光熔化沉积；钛合金；微观组织；力学性能；热处理中图分类号：TG146.23 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)01-0015-18DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.01.002Research Progress on Microstructure and Mechanical Propertiesof Titanium Alloy by Laser Additive ManufacturingZHU Junjie1, WANG Youqiang1,2*, NI Chenbing1,2, WANG Xuezhao1,LIU Dejian1, FANG Yuxin1, LI Mengjie1(1. Qingdao University of Technology, Shandong Qingdao 266520, China;2. Key Lab of Industrial Fluid Energy Conservation and Pollution Control, Shandong Qingdao 266520, China)ABSTRACT: Selective laser melting (SLM) technology and laser melting deposition (LMD) technology are becoming收稿日期：2022-11-30；修订日期：2023-06-15Received：2022-11-30；Revised：2023-06-15基金项目：山东省自然科学基金（ZR2021ME063）Fund：The Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2021ME063)引文格式：竺俊杰, 王优强, 倪陈兵, 等. 激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(1): 15-32.ZHU Junjie, WANG Youqiang, NI Chenbing, et al. Research Progress on Microstructure and Mechanical Properties of Titanium Alloy by Laser Additive Manufacturing[J]. Surface Technology, 2024, 53(1): 15-32.*通信作者（Corresponding author）·16·表面技术 2024年1月increasingly close to the properties of manufactured titanium alloys and forgings, which have great potential for applications in aerospace, biomedical and other fields. However, the poor surface quality, large residual stresses and the presence of internal holes in the formed Ti6Al4V alloy components affect the mechanical properties of the components, thus limiting their large-scale application. To address this situation, this work firstly outlined the manufacturing principles of selective laser melting and laser melting deposition, compared the forming parameters and characteristics of the two additive manufacturing technologies, and analyzed the advantages and applications of the two different forming technologies. Since the selective laser melting technique could adjust the thickness of the laying powder, a smaller laser spot diameter was chosen to improve the surface quality and dimensional accuracy of the formed components. The laser melting and deposition technology adopted coaxial powder feeding for faster processing and was more suitable for manufacturing medium to large metal parts.Secondly, the effects of laser power, scanning speed, laser scanning pitch, powder thickness and powder bed temperature on the forming of titanium alloys by SLM process and the effects of laser power, scanning speed and powder feeding rate on the forming of titanium alloys by LMD process were reviewed from the forming process parameters of the two additive manufacturing technologies, revealing the intrinsic effects of forming parameters, microstructure and mechanical properties in the additive manufacturing process. The direct parameters of the forming process were found to affect the degree of powder melting, fusion quality and forming microstructure, thus affecting the organization and mechanical properties of the formed parts. The effect of laser power and scanning speed on the forming process was more obvious than other factors, and there was a greater correlation between them, and a combination of lower laser power and higher scanning speed could be adopted to obtain specimens with higher microhardness. In addition, the effects of different scanning strategies on the surface quality and mechanical properties of titanium alloys formed by the two additive manufacturing techniques were reviewed, and it was found that the surface quality, residual stress and tensile strength of different regions of the same specimen surface under different scanning strategies differed significantly, and anisotropy existed between different surfaces of the specimen under the same scanning strategy. Finally, the effects of different heat treatment processes on the microstructure and mechanical properties of titanium alloys were investigated, and suitable heat treatments could reduce the stresses and regulate the phase changes and properties of formed components. Two heat treatments, annealing and solution aging, can be combined to balance the strength and plasticity of the component. To summarize the research development of these two additive manufacturing technologies, it is necessary to accelerate the establishment of a complete system of methods under the forming process and forming environment, and to promote the research on the mechanism of microstructure evolution and macro mechanical properties influence.KEY WORDS: selective laser melting; laser melting deposition; titanium alloy; microstructure; mechanical properties; heat treatment由于钛合金有着比强度较高、生物相容性较好以及耐腐蚀性能好的优势，因此在全球范围内广泛应用于生物医疗与航空领域[1-2]。
增材制造钛合金tc4的变形及失效机理研究增材制造技术是一种新型的制造方式，它可以快速、准确地将材料加工成所需的形状。
而钛合金作为一种轻质、高强度的金属材料，在航空、航天、医疗等领域具有广泛的应用前景。
本文将从增材制造钛合金tc4的变形及失效机理两个方面进行探讨。
我们来了解一下增材制造钛合金tc4的基本情况。
TC4是一种高温强度和抗蠕变性能优良的钛合金，其成分主要包括Ti(钒)、C(碳)等元素。
在增材制造过程中，TC4可以通过激光熔融成形、电子束成形等方式得到。
与传统的锻造或铸造工艺相比，增材制造具有更高的生产效率和更好的精度控制能力。
随着增材制造技术的应用越来越广泛，人们也逐渐发现了一些问题。
其中最突出的问题就是材料的变形性能和疲劳寿命难以满足实际需求。
这主要是由于增材制造过程中存在的一些缺陷和不足所致。
比如说，在激光熔融成形中，由于材料的熔化和凝固过程受到温度梯度的影响，容易形成内部应力集中区域，从而导致材料的变形性能下降；在电子束成形中，由于材料的蒸发和冷凝过程受到速度场的影响，容易形成表面缺陷和微裂纹，从而导致材料的疲劳寿命缩短。
为了解决这些问题，研究人员们进行了大量的实验和理论分析。
他们发现，要想提高增材制造钛合金tc4的变形性能和疲劳寿命，关键在于优化材料的微观结构和组织形貌。
具体来说，可以从以下几个方面入手：第一，改进增材制造工艺参数。
比如说，可以通过调整激光功率、扫描速度、冷却剂流量等参数来优化材料的熔化和凝固过程，减少内部应力集中区域的形成；可以通过调整电子束功率、扫描速度、偏转角度等参数来优化材料的蒸发和冷凝过程，减少表面缺陷和微裂纹的形成。
第二，引入新型添加剂。
比如说，可以添加一些纳米颗粒或者复合材料作为添加剂，以改善材料的微观结构和性能。
这些添加剂可以在材料中形成一些特殊的位点或者界面，从而起到增强强度、降低变形、提高疲劳寿命的作用。
第三，探索新的材料组合。
比如说，可以将钛合金与其他金属或者非金属材料进行复合，以获得更好的性能表现。
钛合金增材制造技术研究现状及展望1. 引言钛合金作为一种高强度、耐腐蚀的金属材料，在航空航天、医疗器械等领域具有重要应用价值。
钛合金增材制造技术作为一种新型的制造工艺，具有快速、灵活、定制化生产的优势，逐渐受到广泛关注。
本文将从现状和展望两个方面对钛合金增材制造技术进行深入探讨。
2. 现状2.1 钛合金增材制造技术的发展历程钛合金增材制造技术起源于20世纪80年代，最初主要用于快速成型原型制作。
随着3D打印技术的不断进步，钛合金增材制造技术逐渐应用于航空航天、医疗器械等领域。
目前，国内外相关研究机构和企业纷纷加大钛合金增材制造技术的研究力度，推动了该技术的发展。
2.2 钛合金增材制造技术的关键技术和方法目前，钛合金增材制造技术主要包括激光熔化、电子束熔化、粉末床烧结等多种方法。
激光熔化技术因其成形精度高、熔池稳定等优点被广泛应用，但是存在着成本高、成形速度慢等缺陷。
而电子束熔化技术在成形速度和成形精度方面具有一定优势，但也存在熔池不稳定等问题。
粉末床烧结技术通过层层堆积和粘结制备钛合金件，成形速度较慢，但成形质量相对稳定。
各种方法各有优劣，对于不同的应用场景需根据具体情况选择合适的方法。
3. 展望3.1 钛合金增材制造技术的未来发展趋势随着3D打印技术的不断成熟和发展，钛合金增材制造技术将迎来更广阔的应用前景。
未来，该技术有望在航空航天、汽车制造、生物医药等领域得到更广泛的应用，为工业制造带来革命性的变革。
随着材料科学的不断进步，新型钛合金材料的研发也将推动该技术的发展。
3.2 个人观点钛合金增材制造技术作为一种新型的制造工艺，具有独特的优势和巨大的潜力。
我认为，随着相关技术的不断创新和完善，钛合金增材制造技术将成为未来工业制造的主流技术之一，为社会发展和进步带来更多的可能性。
结语通过对钛合金增材制造技术的现状和展望进行了全面的评估和分析，我们对该技术有了更深入的理解。
随着3D打印技术和材料科学的不断进步，相信钛合金增材制造技术在未来将有更加广阔的发展前景。
增材制造钛合金微观组织及性能研究进展张世凯;马盼;柯林达;马永超;赵健;于治水;杨尚磊【摘要】随着增材制造技术的不断进步,增材制造能够快速成型精密复杂的结构部件.为了使增材制造Ti6Al4V合金能够更好地被应用,国内外学者研究了基板预热、激光功率、扫描速率以及后续的处理等多种因素对于增材制造Ti6Al4V合金微观组织和力学性能的影响,发现选择适当的工艺参数及后处理能够提高其综合力学性能.目前,增材制造钛合金在微观结构上还存在一定的缺陷,结构件内的微小气孔以及未融化颗粒等因素阻碍着其力学性能的提高.未来在解决组织缺陷的同时,增材制造钛合金构件的应用也将是今后研究工作方向之一.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2019(037)002【总页数】5页(P1-5)【关键词】增材制造;Ti6Al4V合金;基板预热;激光功率;扫描速率;微小气孔;未融化颗粒【作者】张世凯;马盼;柯林达;马永超;赵健;于治水;杨尚磊【作者单位】上海工程技术大学材料工程学院,上海 201620;上海工程技术大学材料工程学院,上海 201620;上海市激光先进制造技术协同创新中心,上海 201600;上海航天精密机械研究所,上海 201600;山推工程机械股份有限公司,山东济宁272073;上海工程技术大学材料工程学院,上海 201620;上海市激光先进制造技术协同创新中心,上海 201600;上海工程技术大学材料工程学院,上海 201620;上海市激光先进制造技术协同创新中心,上海 201600;上海工程技术大学材料工程学院,上海 201620;上海市激光先进制造技术协同创新中心,上海 201600【正文语种】中文【中图分类】TF1241 钛合金概述钛合金是以钛为基体加入其他合金元素而构成的有色合金，钛合金中常用的合金元素有铝、锡、钒、钼、铬、铁、硅及铜等。
钛合金因密度小、比断裂韧性高、耐热性好、疲劳强度和抗裂纹扩展能力好、韧性及抗腐蚀能力强被广泛关注并获得大量应用[1]。
钛合金零件的激光增材制造技术研究随着工业时代的不断发展，越来越多的产品需要大量使用到高强度、轻量化的材料来实现其功能。
钛合金是一种非常重要的高强度、轻量化材料，广泛应用于航空、航天、船舶及汽车等领域。
由于钛合金材料比较难加工，传统加工方法往往需要花费很长时间和很多成本，很难适应现代工业的高效生产需求。
因此，激光增材制造技术逐渐引起人们的重视，成为了一种新型的加工方法，尤其适合钛合金零件的制造。
激光增材制造技术是指通过激光束将粉末状的金属材料熔化，一点一点地将材料熔化成三维空间中的预先设定好的模型形状，形成一层一层的堆积，从而制造出所需的产品。
它与传统加工方法不同，激光增材制造技术不需要任何模具和成型工具，因此它具有很强的柔性、精度和效率，且可以在短时间内快速制造出复杂的零件。
激光增材制造技术在钛合金零件制造领域中的优势非常明显。
首先，钛合金是一种非常难加工的材料，传统的金属加工方法往往会损耗大量的原材料、能源等必要的资源，而且也会使钛合金的材质变得非常脆。
但是，激光增材制造技术具有精度高、损耗少等优点，可以很好地克服上述问题。
其次，钛合金具有很强的轻量化特性，这在现代航空、航天、汽车等领域非常重要。
然而，这也就意味着钛合金的相对密度较小，加工时很容易发生振动，导致精度损失。
而激光增材制造技术可以通过调整激光的功率和速度来避免这一问题，从而保证钛合金零件的制造精度。
在激光增材制造技术的应用中，人们还需要进一步研究改善材料的制造质量。
例如，材料在制造过程中可能会发生孔洞、气孔等问题，这些缺陷将不利于产品的使用寿命。
因此，研究人员需要采用一些新的方法来优化制造工艺，缩小缺陷，提高制造品质。
另外，在激光增材制造技术中，应用于制造钛合金零件的材料一般都是经过淬火处理的，因此需要进一步研究激光增材制造技术对淬火后的钛合金材料加工的可行性和效果。
同时，还需要优化激光增材制造技术在不同型号的激光设备上的应用情况，以确保制造的钛合金零件质量。
增材制造316L不锈钢组织结构特征与硬化机理
刘源;寇浩南;何怡清;尤瑞昶;张鑫;滕居珩;李尧;张凤英
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2024(38)3
【摘要】通过电弧送丝技术(WAAM)、激光同轴送粉(DED)以及激光选区熔化(SLM)增材制造技术制备出含有不同胞晶/枝晶尺寸的316L不锈钢,揭示了枝晶/胞状结构的形成及对力学性能的影响。
结果表明:WAAM、DED和SLM试样的胞晶/枝晶尺寸依次减小,对应的冷却速率依次增大。
同时,在WAAM和DED样品中枝晶/胞晶间区域发现骨状δ铁素体以及Cr、Mo的富集,但在SLM样品中未观察到以上现象,这主要是因为SLM过程中的高冷却速率显著抑制了δ铁素体的形成和元素偏析。
WAAM、DED、SLM样品的显微硬度依次增加,其硬化机制与凝固胞状结
构尺寸密切相关,且增材制造过程的热应力导致的高密度位错也对硬度有一定贡献。
【总页数】6页(P148-153)
【作者】刘源;寇浩南;何怡清;尤瑞昶;张鑫;滕居珩;李尧;张凤英
【作者单位】长安大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG142.71
【相关文献】
1.核电用316L不锈钢粉末增材制造研究现状
2.增材制造316L不锈钢应力腐蚀研
究进展3.基于RSM的激光增材制造316L不锈钢尺寸精度研究4.CMT增材制造
316L不锈钢成形效率与组织分析5.增材制造316L不锈钢辐照硬化行为的温度效应研究
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钛合金增材制造综述
钛合金增材制造是一种先进的制造技术，通过逐层叠加的方式制造出三维物体。
它具有高精度、高效率、低成本等优点，在航空航天、医疗、汽车等领域有广泛的应用前景。
钛合金增材制造的原理是将设计好的三维模型切成许多薄片，然后通过逐层叠加的方式将这些薄片堆积成三维物体。
在制造过程中，可以通过控制材料的沉积速度和温度等参数来控制物体的形状和性能。
钛合金增材制造的优点是可以制造出形状复杂、精度高、性能优良的物体，同时可以大大缩短制造周期和降低成本。
它还可以实现个性化定制，满足不同用户的需求。
然而，钛合金增材制造也存在一些挑战，如材料的选择、制造工艺的优化、质量控制等问题。
此外，还需要进一步研究如何提高制造效率和降低成本，以推动其在更广泛的领域得到应用。
总之，钛合金增材制造是一种具有广阔应用前景的制造技术，需要不断地进行研究和改进，以满足不同领域的需求。
增材制造技术的快速发展，为钛合金的生产制造提供了新的方法，激光/电子束、熔焊和固态焊三种增材制造方法在钛合金生产中得到了国内学者的广泛研究。
研究表明，钛合金采用增材技术可得到高质量零件，但不同增材技术具有不同技术特征，实际应用及未来发展中需要根据实际需求采用不同的增材方法。
1.序言钛及钛合金因具有密度小、耐高温、耐腐蚀等优异的物理性能及化学性能，在各工业领域都具有广阔的应用前景，包括船舶制造、航天航空、汽车制造等，同时它也是国防工业的重要材料之一。
钛合金的应用对工业发展起到巨大的推动作用，优于传统材料的性能使其产品质量有了很大提升，满足了工业发展对新材料、新工艺的发展要求，加速了现代工业的发展。
随着钛生产力的不断改善，钛合金已经成为工业生产中的第三金属。
增材制造（Additive Manufacturing，AM）又称“3D打印”，是一种可以实现构件的无模成形的数字化制造技术，具有设计和制造一体化、加工精度高、周期短，产品物理化学性能优异等特点。
增材制造技术从20世纪70年代以来发展迅速，因其与传统制造技术具有巨大差异，已然成为工业领域的研究热点，在现代工业的多领域都得到了快速发展。
增材制造技术的迅速发展，理论上可以实现任何单一或多金属复合结构，为复杂结构件的制造提供了新方法。
钛合金的增材制造技术，解决了精密结构件的加工难题，进一步加大了钛合金的应用范围。
伴随着工业社会的迅速发展，钛合金增材制造技术日新月异，按照增材制造技术的热源不同，可将钛合金增材制造技术分为激光/电子束增材制造、熔焊增材制造和固态焊增材制造三种方式。
国内外的专家学者通过不同的增材制造技术手段，优化工艺方法，稳定增材制造过程，减少或避免增材制造结构缺陷产生，使钛合金增材制造技术朝着绿色、高效、稳定的方向继续发展。
2. 激光/电子束增材制造激光束和电子束作为高密度束源，能量密度高并可调控，被誉为21世纪最先进的制造技术。
目前激光/电子束增材制造主要分为激光金属沉积（Laser Mental Deposition，LMD）技术、激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术、电子束熔丝沉积（Electron Beam Free Form Fabrication，EBF3）技术、电子束选区熔化（Electron BeamMelting，EBM）技术，在钛合金增材制造领域皆有广泛研究。
增材制造激光粉末床熔融tc4合金技术要求增材制造（Additive Manufacturing，AM），也称为3D打印，是一种通过逐层堆积材料来制造三维实体的技术。
其中，激光粉末床熔融（Laser Powder Bed Fusion，LPBF）是增材制造的一种重要工艺，特别适用于金属材料的制造。
TC4合金是一种常用的钛合金，因其高强度、轻质和良好的耐腐蚀性而广泛应用于航空航天、医疗和汽车等领域。
在进行TC4合金的激光粉末床熔融增材制造时，需要满足以下技术要求：粉末材料要求：TC4合金粉末应具有良好的流动性、均匀性和球形度，以确保打印过程中粉末能够均匀铺展并紧密堆积。
同时，粉末的纯度和化学成分也需要严格控制，以确保最终产品的性能。
设备要求：激光粉末床熔融设备需要具备高精度的激光控制系统、粉末铺展系统和环境控制系统。
激光控制系统应能够实现精确的激光能量和扫描速度控制，以确保粉末能够完全熔化并形成良好的冶金结合。
粉末铺展系统需要确保每层粉末的均匀铺展和紧密堆积。
环境控制系统则需要保持打印过程中的温度、气氛等环境稳定，以避免产品出现缺陷。
工艺参数优化：激光功率、扫描速度、粉末层厚度等工艺参数对最终产品的性能有着重要影响。
需要通过实验和模拟等方法优化这些参数，以获得最佳的打印效果。
后处理：打印完成后，需要进行后处理以提高产品的性能。
常见的后处理方法包括热处理、机械加工和表面处理等。
质量控制与检测：在整个制造过程中，需要进行严格的质量控制和检测，以确保最终产品的质量和性能符合要求。
这包括原材料的质量检测、打印过程的实时监控以及成品的性能测试等。
综上所述，激光粉末床熔融TC4合金的增材制造需要满足一系列严格的技术要求。
通过不断优化工艺参数、提高设备性能和加强质量控制与检测等措施，可以进一步提高TC4合金增材制造产品的性能和质量。
