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Ti-6Al-4V金屬粉末快速成形標準解析—質量性能要求

閱讀次數:3216     發(fa)布(bu)時間(jian):2017-03-17

Ti-6Al-4V(TC4)鈦(tai)(tai)合(he)金是目前在快(kuai)速(su)(su)成形(xing)(xing)(xing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)中應用(yong)(yong)最多的(de)金屬(shu)材(cai)料,Ti-6Al-4V鈦(tai)(tai)合(he)金具有密(mi)度低(di)、強(qiang)度高、耐熱及(ji)(ji)耐腐蝕性(xing)能好、生(sheng)物相容(rong)性(xing)優異等優點。在快(kuai)速(su)(su)成形(xing)(xing)(xing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)發展和(he)(he)應用(yong)(yong)普(pu)及(ji)(ji)過程(cheng)(cheng)(cheng)中,缺乏相應的(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)標(biao)準已經是限制(zhi)其快(kuai)速(su)(su)發展和(he)(he)應用(yong)(yong)普(pu)及(ji)(ji)的(de)重要(yao)因素之一(yi)。統一(yi)的(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)標(biao)準有助于(yu)使快(kuai)速(su)(su)成形(xing)(xing)(xing)零(ling)件(jian)(jian)質(zhi)量(liang)(liang)更可靠,更容(rong)易被用(yong)(yong)戶(hu)接受(shou)和(he)(he)應用(yong)(yong)普(pu)及(ji)(ji),工藝過程(cheng)(cheng)(cheng)和(he)(he)質(zhi)量(liang)(liang)更加(jia)穩定,也有助于(yu)降低(di)快(kuai)速(su)(su)成形(xing)(xing)(xing)零(ling)件(jian)(jian)的(de)生(sheng)產成本。充分(fen)了解TC4快(kuai)速(su)(su)成形(xing)(xing)(xing)零(ling)件(jian)(jian)質(zhi)量(liang)(liang)標(biao)準和(he)(he)要(yao)求(qiu)對生(sheng)產商(shang)和(he)(he)用(yong)(yong)戶(hu)都是十分(fen)必(bi)要(yao)的(de)。本文結合(he)最新的(de)ASTM F2924-14《Ti-6Al-4V 粉末熔化(hua)粉床增材(cai)制(zhi)造標(biao)準》為大家分(fen)析說明TC4快(kuai)速(su)(su)成形(xing)(xing)(xing)零(ling)件(jian)(jian)生(sheng)產過程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)質(zhi)量(liang)(liang)和(he)(he)性(xing)能要(yao)求(qiu)。

 

1、ASTM F2924-14簡介

2009年美國材料與試驗協會(ASTM)成(cheng)立了專門的增(zeng)材制(zhi)造技術(shu)委員會ASTM F-42,下設試驗方(fang)法、設計、材料和工藝、人(ren)員、術(shu)語等分委會。ASTM F2924正是美國材料與試驗協會頒布的一(yi)項Ti-6Al-4V粉床熔化快速成(cheng)形技術(shu)標準,適用(yong)于(yu)現有的激光(guang)選(xuan)區熔化快速成(cheng)形(Selective Laser Melting,SLM)和電子束選(xuan)區熔化快速成(cheng)形(Eelectron Beam Additive Manufacturing, EBAM)。目前ASTM F2924已有兩(liang)個版本,分別(bie)是ASTM F2924-12和ASTM F2924-14。ASTM F2924-14與ASTM F2924-12相比在質量(liang)等級劃分、顯微(wei)組(zu)織要求(qiu)方(fang)面有更新和改進。

 

2、質量等級的劃分

ASTM F2924-14中(zhong)根(gen)據零件(jian)的質(zhi)(zhi)量(liang)要求和(he)不同熱(re)處(chu)理狀態(tai)將快速成形零件(jian)質(zhi)(zhi)量(liang)等(deng)級(ji)分(fen)為(wei)A、B、C、D、E、F共6個等(deng)級(ji),如表1所(suo)示。用戶可(ke)根(gen)據不同的需求與(yu)快速成形零件(jian)制造商(shang)通過協商(shang)選(xuan)擇合適的質(zhi)(zhi)量(liang)等(deng)級(ji)。

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表1 Ti-6Al-4V快速成形零件質量(liang)等級劃分

 

3、化學成分要求

ASTM F2924-14中(zhong)規定(ding)(ding),除過Class E以(yi)外,粉末(mo)快速成形零件(jian)(jian)的化學成分(fen)都應符合表(biao)2中(zhong)的規定(ding)(ding),從表(biao)中(zhong)可以(yi)看出其化學成分(fen)與鍛件(jian)(jian)基本(ben)相同。

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表2 Ti-6Al-4V粉末快速成形零件化學成分要求

 

4、拉伸力學性能要求

ASTM F2924-14中規定應分(fen)別從X、Y、Z三(san)個制(zhi)造方(fang)向(xiang)(xiang)檢測快速成(cheng)形零(ling)件(jian)的(de)拉伸(shen)力學性能(neng)(neng),試(shi)(shi)樣(yang)的(de)來(lai)源(yuan)可(ke)是(shi)分(fen)別沿三(san)個方(fang)向(xiang)(xiang)沉積(ji)制(zhi)造拉伸(shen)試(shi)(shi)樣(yang),或(huo)者是(shi)從大的(de)成(cheng)形零(ling)件(jian)上截(jie)取。X、Y、Z三(san)個方(fang)向(xiang)(xiang)的(de)拉伸(shen)試(shi)(shi)驗性能(neng)(neng)數值(zhi)均應符合表3中的(de)規定。從表中我們(men)也(ye)可(ke)以看出ASTM F2924-14快速成(cheng)形零(ling)件(jian)的(de)拉伸(shen)性能(neng)(neng)要求與鍛件(jian)的(de)性能(neng)(neng)要求基本差不多。

ASTM F2924-14中規定試(shi)(shi)樣(yang)可(ke)(ke)以是經機械加工的試(shi)(shi)樣(yang),也可(ke)(ke)以是近凈成形(xing)(xing)的試(shi)(shi)棒(bang)。盡管在(zai)(zai)平臺上不同位(wei)(wei)置(zhi)和(he)不同方(fang)向力(li)學性能可(ke)(ke)能會有差異,標準中并沒有規定試(shi)(shi)棒(bang)試(shi)(shi)樣(yang)的沉積(ji)制(zhi)造的位(wei)(wei)置(zhi),但是ASTM F2971-13中要求拉(la)伸試(shi)(shi)驗(yan)時必須注明試(shi)(shi)樣(yang)在(zai)(zai)成形(xing)(xing)設備內(nei)的位(wei)(wei)置(zhi)和(he)制(zhi)造方(fang)向。

ASTM F2924-14標(biao)準中沒有強制規(gui)定拉(la)伸(shen)試(shi)樣(yang)是應在熱(re)處理前還是熱(re)處理后,這一(yi)(yi)點需(xu)要(yao)供需(xu)雙方協商確定,但(dan)是不管哪一(yi)(yi)種狀態的試(shi)樣(yang)都應該(gai)符合表3中的要(yao)求。

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表(biao)3 Ti-6Al-4V粉末快速成形零件拉伸性(xing)能要求(qiu)

 

5、金屬微觀組(zu)織性能要求

ASTM F2924-14標準(zhun)規定最終完(wan)成(cheng)交付的快速成(cheng)形零件表面不允許有(you)α污(wu)染層,但是在供需(xu)雙方(fang)認可的情(qing)況(kuang)下允許采用適當的后處理措施去除α污(wu)染層。ASTM F2924-14標準(zhun)對(dui)于Ti-6Al-4V合金(jin)零件微觀組織結(jie)構(gou)并沒有(you)強制性規定,比(bi)如α相是否(fou)可以(yi)是針狀、片層狀、等軸、或網籃狀組織,以(yi)及是否(fou)允許初生(sheng)β晶界上(shang)有(you)連續的α相,柱(zhu)狀晶的尺寸等,這些需(xu)要供需(xu)方(fang)協商確定。

 

6、熱(re)處(chu)理和交貨狀態(tai)要(yao)求(qiu)

如表1所示。

 

7、無損探(tan)傷和其(qi)他(ta)性(xing)能(neng)檢測

除(chu)以上要求(qiu)外,ASTM F2924-14對快速成形零件表面質量和內部質量并沒有強制要求(qiu)。標準中提到如果用戶(hu)有上述需(xu)求(qiu)可以與制造商通過協商進行液體(ti)滲(shen)透(tou) 、射線探傷、硬度(du)檢測、斷(duan)裂(lie)韌性試驗、疲勞試驗、裂(lie)紋(wen)擴展(zhan)速率試驗等。

 

8、結束語

目前在(zai)我國快(kuai)速成(cheng)(cheng)形技術處于(yu)快(kuai)速發展階段,金屬直(zhi)接沉積以及鈦合金激光快(kuai)速成(cheng)(cheng)形大(da)型關鍵、重要承力(li)部件已(yi)經在(zai)飛機上使用(yong)和試驗,相信(xin)快(kuai)速成(cheng)(cheng)形標準能夠加速這項技術在(zai)各個領域的(de)發展和應(ying)用(yong)普及。


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