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粉末冶金等鈦合金構(gòu)件低成本制造技術(shù)研究日益活躍

發(fā)布日期：2014-3-6 來源:中國國防科技信息中心

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*新進展進行了總結(jié)。

　　首先，對金屬增材制造技術(shù)的類別及特點進行了分析。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)用進展進行了總結(jié)。大多數(shù)金屬增材制造零件需要進行精加工處理。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。可見，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)濟優(yōu)勢進行了論述。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%。