电(dian)弧(hu)3D打印(yin)，又称电(dian)弧增(zeng)材制造(zao)，增材(cai)制造(zao)（AdditiveManufacturing，AM）技(ji)术是基(ji)于(yu)离(li)散、堆积原(yuan)理，根据零件的三(san)维模型采(cai)用材(cai)料逐(zhu)层堆积成(cheng)形(xing)三(san)维实体(ti)[1]，集成了数字(zi)建(jian)模(mo)技术(shu)、机电(dian)控(kong)制技术、材(cai)料科学与化学(xue)等(deng)方面(mian)的(de)前沿技术(shu)知(zhi)识(shi)，该技(ji)术不(bu)需要经过(guo)成形、焊(han)接(jie)、装(zhuang)配等工序(xu)，可一(yi)次性(xing)制造(zao)大型金属(shu)整体(ti)结构件。金属增材制造技(ji)术的热源(yuan)有激光(guang)、电子束、等(deng)离(li)子(zi)束(shu)和(he)电弧等(deng)。用激(ji)光(guang)和(he)电(dian)子(zi)束(shu)作为热源，其(qi)成形件具有(you)尺寸(cun)精度较(jiao)高(gao)、表面(mian)粗糙(cao)度低等(deng)优点(dian)，适(shi)合制(zhi)造(zao)结(jie)构比较复(fu)杂的零件(jian)[2]。但是(shi)，粉末(mo)材(cai)料(liao)易(yi)受(shou)到(dao)污染（比如(ru)像钛(tai)粉(fen)末极易(yi)被氢(qing)、氧(yang)、碳(tan)和氮等污(wu)染），且(qie)微(wei)小气(qi)孔(kong)易在(zai)成(cheng)形件(jian)内(nei)部(bu)产生(sheng)，进(jin)而(er)破坏(huai)成形件(jian)的力(li)学性能[3]。与激光及电子(zi)束等(deng)高(gao)能(neng)束不(bu)同(tong)，电(dian)弧增材(cai)成(cheng)形(xing)技术主(zhu)要基(ji)于(yu)钨(wu)极氩弧焊、熔(rong)化极气体(ti)保(bao)护焊、等(deng)离子(zi)弧焊(han)等(deng)焊接技术(shu)发(fa)展而(er)来(lai)，增材成形件具有(you)致(zhi)密(mi)度高、熔(rong)敷率高(gao)、原(yuan)材料(liao)利用(yong)率高、成(cheng)本低和受污(wu)染(ran)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)较(jiao)小等(deng)优(you)点[4-5]。
TC4（Ti-6Al-4V）钛(tai)合(he)金为(wei)α+β型(xing)双相钛(tai)合(he)金(jin)，综合(he)性能(neng)优(you)异(yi)，广泛应用(yong)于航空(kong)航(hang)天等领域[6]。由(you)于钛合金存在(zai)成形(xing)加工(gong)难度高、加(jia)工(gong)成(cheng)本大等(deng)缺点(dian)，而增材制(zhi)造(zao)技术有望改(gai)变这一局面(mian)，故近年来，国(guo)内(nei)外众(zhong)多学者(zhe)对(dui)电弧增材(cai)制造展(zhan)开广泛(fan)研究。目(mu)前增材制造(zao)中气(qi)体(ti)保护方法主(zhu)要分(fen)为两种，即整体(ti)保(bao)护方式和(he)局部保护方式(shi)。由于整体保护方(fang)式存在使(shi)用(yong)设备(bei)造价高、洗(xi)气(qi)时间长、效率低(di)、使(shi)用(yong)场(chang)地受限等缺陷(xian)，本实(shi)验(yan)选(xuan)用(yong)局部(bu)保护(hu)方式，采(cai)用冷(leng)金(jin)属(shu)过渡(du)（ColdMetalTransfer，CMT）焊接(jie)技术(shu)作(zuo)为热源，该工艺(yi)具有(you)热(re)输入量低、沉(chen)积效率高、无(wu)飞溅、成形件表面(mian)质量(liang)高(gao)等优(you)点，是一种(zhong)全(quan)新的MIG/MAG焊(han)接工(gong)艺，成功打(da)印出了(le)多(duo)道多(duo)层(ceng)TC4钛合(he)金试样(yang)块体，并初步研(yan)究(jiu)了所(suo)制(zhi)备(bei)增(zeng)材(cai)体(ti)的(de)显微组(zu)织(zhi)和力(li)学(xue)性(xing)能(neng)。
1、实验材料与(yu)方法(fa)
1.1实(shi)验材料
实(shi)验使(shi)用的基(ji)板(ban)为(wei)锻(duan)造TC4钛合金(jin)板(ban)，尺寸为(wei)100mm×100mm×10mm，选(xuan)用(yong)准(zhun)1.2mm的ERTi-6Al-4V（TC4）丝材(cai)作(zuo)为打印材料。基(ji)板与(yu)丝材的(de)化学(xue)成分(fen)见(jian)表(biao)1、2。
1.2实验(yan)方法(fa)
电弧3D打(da)印(yin)TC4钛(tai)合金(jin)所用成(cheng)形(xing)系统由机(ji)器(qi)人系统（KR5R1400焊接机(ji)器人(ren)和KRC4控制柜），焊(han)接电源（TPS4000CMT数字(zi)化焊(han)接(jie)电源(yuan)）与送丝系(xi)统（CMTVR7000）等组(zu)成(cheng)。电(dian)弧增(zeng)材前，将基(ji)材(cai)表(biao)面用(yong)角磨(mo)机打磨并(bing)用(yong)丙酮清(qing)洗，以去除基材表面氧(yang)化(hua)层，同(tong)时避免(mian)第(di)一(yi)层(ceng)和(he)基(ji)板(ban)之(zhi)间产生(sheng)熔合(he)不(bu)良(liang)与气孔(kong)等缺陷。实(shi)验(yan)开(kai)始前(qian)，首(shou)先摸索(suo)单(dan)道(dao)成(cheng)形(xing)参(can)数(shu)，选(xuan)取(qu)熔(rong)高、熔(rong)宽以及铺(pu)展良好(hao)的打(da)印参数(shu)，具体参数(shu)见(jian)表(biao)3。实(shi)验采用(yong)多(duo)道多层堆(dui)积(ji)的(de)方式(shi)，增(zeng)材路(lu)径(jing)为Z字形(xing)，共堆(dui)积(ji)40层(ceng)，每(mei)层(ceng)层(ceng)间隔(ge)时(shi)间(jian)1min。采(cai)用(yong)局部保(bao)护装(zhuang)置(zhi)，保(bao)护(hu)气(qi)体(ti)100%Ar，送气(qi)量(liang)25L/min。打(da)印出TC4钛合金成(cheng)形件(jian)后，用(yong)线(xian)切(qie)割(ge)从打(da)印(yin)成(cheng)形(xing)件中(zhong)制备水(shui)平方(fang)向(xiang)与(yu)增材(cai)高度方向的(de)拉伸(shen)试(shi)样、冲(chong)击试样(yang)以(yi)及金(jin)相试样(yang)。金(jin)相(xiang)试样(yang)经(jing)粗(cu)磨、精(jing)磨(mo)后抛(pao)光，使(shi)用Keller试(shi)剂腐(fu)蚀（HF、HNO3、H2O体积(ji)比(bi)为1∶2∶68），腐(fu)蚀时间3s；在(zai)SMZ1500体(ti)视(shi)显(xian)微镜上(shang)进(jin)行低倍(bei)组(zu)织观(guan)察，在(zai)OlymplusGX51光(guang)学显微镜(jing)上(shang)进(jin)行(xing)高倍显(xian)微(wei)组织(zhi)观(guan)察(cha)；采用BrukerD8X射线衍射仪(yi)（XRD）进行(xing)试(shi)样组织结(jie)构(gou)分(fen)析；采用(yong)HVS-1000Z型(xing)数显(xian)微硬度(du)计(ji)测(ce)量增材(cai)体的(de)显(xian)微(wei)硬度，从(cong)基(ji)板处开(kai)始(shi)测量(liang)，每(mei)隔(ge)0.5mm测一次，直(zhi)至(zhi)试样顶部(bu)；按照(zhao)GB/T228-2010《金属(shu)材料(liao)室温(wen)拉(la)伸试验方法》制备(bei)拉伸式(shi)样，采(cai)用(yong)长(zhang)春(chun)机械(xie)科(ke)学(xue)研(yan)究院生(sheng)产的(de)DNS系(xi)列(lie)电(dian)子万(wan)能试验(yan)机进(jin)行(xing)室温拉伸性(xing)能测试，加(jia)载速率0.2mm/min；根据(ju)GB/T229-2007《金属(shu)材(cai)料夏比(bi)摆(bai)锤(chui)冲击(ji)试(shi)验方(fang)法(fa)》制备标(biao)准(zhun)的(de)U形缺(que)口(kou)冲击(ji)试(shi)样(yang)，试(shi)样尺寸(cun)为(wei)55mm×10mm×10mm，深(shen)度为2mm；采用(yong)FEIQuanta250F场发射环境(jing)扫描(miao)电(dian)镜（SEM）对(dui)拉伸(shen)试样(yang)断(duan)口(kou)、冲(chong)击试(shi)样(yang)断口等进行(xing)分析。
2、实验结(jie)果(guo)与(yu)分析
2.1宏观(guan)形貌(mao)
图(tu)1为采用CMT技术(shu)制造(zao)的TC4钛合金(jin)件(jian)的(de)表(biao)面形(xing)貌(mao)。可看出(chu)，所制(zhi)备的(de)增材体(ti)成(cheng)形较为规整，表(biao)面无(wu)明显气孔(kong)；在(zai)打(da)印过(guo)程(cheng)中(zhong)由(you)于热积(ji)聚(ju)量过大(da)而导致(zhi)基(ji)材存在(zai)局部(bu)轻微翘(qiao)曲变形(xing)，无明显其他(ta)缺陷，表观形(xing)貌(mao)良好(hao)。
图(tu)2给(gei)出(chu)了增材体在体视(shi)显微(wei)镜下竖直方(fang)向截面(mian)与水平方向(xiang)截(jie)面的(de)宏观(guan)形貌。从(cong)图2（a）可观(guan)察(cha)到底部少(shao)量等轴晶(jing)以及(ji)贯(guan)穿多(duo)个(ge)打印(yin)层外延(yan)生长(zhang)的粗大(da)β柱状(zhuang)晶(jing)；图2（b）给(gei)出了(le)β柱(zhu)状晶(jing)在体视(shi)显(xian)微镜下的截面(mian)图(tu)，经测量，β柱(zhu)状晶(jing)宽度(du)约(yue)0.6～3mm，与(yu)TIG快(kuai)速(su)成(cheng)型的TC4钛(tai)合金[7-9]、电子(zi)束(shu)增材(cai)制(zhi)造的(de)TC4钛(tai)合(he)金(jin)[10]等相(xiang)比(bi)，采用(yong)CMT工(gong)艺(yi)增材的TC4钛合金有(you)着更(geng)小的(de)晶粒(li)尺寸(cun)。在(zai)增(zeng)材(cai)过程(cheng)中，增材(cai)初(chu)期基板的散(san)热作(zuo)用比较明(ming)显(xian)，打印层(ceng)有着(zhe)较大的冷却(que)速(su)率(lv)，晶(jing)粒形态(tai)以等轴晶为(wei)主(zhu)。在打印过(guo)程中(zhong)丝材在(zai)电弧与(yu)基(ji)体(ti)的(de)相互作用下(xia)形成熔池，在熔(rong)池凝固(gu)时，熔池中(zhong)绝大(da)部分热量以热(re)传(chuan)导的(de)方式通过基(ji)体沿垂(chui)直向下(xia)的方向(xiang)散(san)失(shi)，部(bu)分(fen)通(tong)过(guo)相(xiang)邻(lin)焊(han)道(dao)散失。
当增(zeng)材层高度(du)不(bu)断(duan)增高(gao)、热累积量逐渐(jian)积聚(ju)，热量主要向(xiang)下传(chuan)递(di)到已(yi)经(jing)成(cheng)形的(de)增(zeng)材(cai)体上，且(qie)温(wen)度(du)梯(ti)度(du)在增(zeng)材高度(du)方(fang)向(xiang)的分量(liang)最大，即沿增(zeng)材(cai)高度(du)方(fang)向(xiang)的(de)热(re)分(fen)量(liang)大(da)于(yu)其它(ta)方向(xiang)的，故(gu)晶(jing)粒(li)向上(shang)呈(cheng)柱状晶生(sheng)长(zhang)，并在(zai)生长过(guo)程中(zhong)会(hui)淘汰(tai)掉(diao)与(yu)增(zeng)材高度(du)方(fang)向(xiang)偏(pian)差(cha)较(jiao)大的晶粒[11]。在多层打印中(zhong)，打印形(xing)成新(xin)层时(shi)，电弧(hu)会重熔掉前(qian)一打(da)印层(ceng)甚至前(qian)两层(ceng)的金(jin)属，即(ji)与(yu)新送入(ru)的(de)焊(han)丝一起(qi)被(bei)熔入熔池，凝(ning)固(gu)时晶粒(li)又(you)将(jiang)逆着(zhe)热(re)流(liu)方(fang)向延续前一层(ceng)的柱(zhu)状(zhuang)晶(jing)晶粒取(qu)向继(ji)续(xu)向上(shang)生(sheng)长，进(jin)而柱状(zhuang)晶(jing)得到了(le)充(chong)分(fen)长(zhang)大，最(zui)终形(xing)成(cheng)贯穿(chuan)多个打印(yin)层的β柱状(zhuang)晶(jing)。
2.2微(wei)观组(zu)织特征(zheng)
2.2.1顶(ding)层(ceng)微观组(zu)织(zhi)
在(zai)增材成型件横截(jie)面(mian)顶(ding)层，可观(guan)察到α'相(xiang)、αm相(xiang)、少(shao)量(liang)网(wang)篮(lan)组(zu)织(zhi)以(yi)及(ji)β相。据图(tu)3钛合金(jin)等温(wen)相(xiang)变(bian)图[12]所(suo)示，当温(wen)度高于(yu)液(ye)相线(xian)温(wen)度时(shi)，α+β两相(xiang)则(ze)会转(zhuan)变为液(ye)态(tai)β相(xiang)；当温(wen)度(du)下(xia)降(jiang)时(shi)，则(ze)生成固(gu)态(tai)体心立(li)方(fang)β相。
图(tu)4为试(shi)样顶(ding)层的(de)SEM图。从图4（a）局部(bu)放大图（右(you)上(shang)角）可(ke)看到针状α'相(xiang)，α'相是(shi)β相转(zhuan)变(bian)成(cheng)α相的过渡相。由(you)于增材(cai)体表层冷(leng)却(que)速(su)率较(jiao)大，且没(mei)有(you)经历(li)后续重(zhong)熔以(yi)及(ji)热累(lei)积(ji)作(zuo)用(yong)，保(bao)留了(le)类(lei)铸(zhu)态(tai)组织(zhi)，即(ji)当(dang)冷(leng)却(que)速率超(chao)过一(yi)定值时，β邛(qiong)α相变(bian)会(hui)以(yi)无(wu)扩(kuo)散(san)的(de)切(qie)变方(fang)式(shi)进行，此时(shi)合金(jin)元(yuan)素(su)来不及析(xi)出，形成(cheng)α相的过饱(bao)和(he)固溶(rong)体(ti)α'相(xiang)[13]。如图(tu)4（b）所(suo)示，β晶(jing)界(jie)处(chu)存在(zai)块体(ti)αm相(xiang)，αm相是(shi)由β相在冷却(que)过程中发生固态(tai)转(zhuan)变形(xing)成(cheng)的，其尺(chi)寸大小与(yu)冷却(que)速度(du)和(he)成分偏析有关(guan)[14]，α稳定(ding)元(yuan)素(su)Al在晶(jing)界上的富(fu)集(ji)以及(ji)较(jiao)慢的(de)冷却速度（20～410℃/s），都(dou)会使αm相(xiang)的(de)尺(chi)寸增大。
2.2.2增(zeng)材(cai)体(ti)微(wei)观组织(zhi)
增(zeng)材体的微观(guan)组(zu)织主要(yao)由网(wang)篮(lan)组织(zhi)、片层组(zu)织、少(shao)量(liang)残余α'相以(yi)及β相组成。图(tu)5（a）、（b）分(fen)别(bie)为增(zeng)材(cai)高(gao)度方(fang)向（纵向(xiang)）与(yu)水(shui)平(ping)打(da)印方(fang)向（横(heng)向）的(de)显(xian)微组(zu)织图。从(cong)图(tu)5（a）可观察(cha)到外(wai)延生长(zhang)的(de)粗(cu)大β柱(zhu)状(zhuang)晶(jing)，图(tu)5（b）为(wei)大量β柱状(zhuang)晶(jing)的横截面(mian)。从(cong)图(tu)5（c）～（f）可观(guan)察(cha)到粗大(da)柱(zhu)状(zhuang)晶内部(bu)为细小(xiao)均匀的网篮状(zhuang)组织，经(jing)测量其(qi)片层宽度(du)为(wei)1.2～3.0μm。由(you)于(yu)CMT工艺的(de)热输入量较(jiao)低(di)，熔(rong)滴冷却(que)速度(du)快，在(zai)打印(yin)过(guo)程(cheng)中(zhong)易(yi)以(yi)切变(bian)形(xing)式形成(cheng)马氏(shi)体(ti)α'，对(dui)于已经凝固(gu)的(de)某一点来说，在继(ji)续打印(yin)时(shi)会(hui)经(jing)历后续的局(ju)部(bu)重(zhong)熔(rong)。即(ji)不(bu)断经历(li)升温(wen)与(yu)降(jiang)温(wen)的过程，当(dang)该(gai)点温度(du)在相变(bian)点(dian)温度(du)以(yi)上且(qie)冷却(que)速度达(da)到(dao)马氏体转变条件时(shi)，会(hui)生(sheng)成马氏体α'；反(fan)之(zhi)，在(zai)该(gai)点温(wen)度(du)低于相(xiang)变点(dian)温度(du)或(huo)冷(leng)却(que)速度较(jiao)低时，针(zhen)状(zhuang)马氏(shi)体(ti)便会转变成片(pian)状(zhuang)网篮组(zu)织。从图5（f）可观察到，有(you)少(shao)量(liang)α集(ji)束(shu)沿(yan)β晶界的(de)边(bian)界(jie)析(xi)出(chu)在(zai)增(zeng)材(cai)过程(cheng)中(zhong)，熔滴(di)过渡(du)到(dao)熔池内(nei)，随(sui)着(zhe)焊枪向(xiang)前移动，熔(rong)池(chi)末(mo)端开始(shi)凝(ning)固(gu)；当熔(rong)滴冷(leng)却(que)至(zhi)β相变(bian)点以下(xia)时，初生α相(xiang)优(you)先(xian)在晶界形核且(qie)向(xiang)晶(jing)内(nei)生长，沿晶界α相(xiang)生长(zhang)为(wei)相(xiang)互平行的(de)α片层(ceng)，且较(jiao)快的冷却速(su)度使(shi)得晶内(nei)不(bu)同(tong)位(wei)向的α形核率(lv)较(jiao)高，α集(ji)束尺(chi)寸(cun)较小(xiao)，α片(pian)层变(bian)短且互(hu)相(xiang)交(jiao)错，形成(cheng)网(wang)篮组(zu)织(zhi)。
Safdar等[15]研究(jiu)表(biao)明，在(zai)TC4钛(tai)合(he)金(jin)的XRD中(zhong)，大(da)多(duo)数峰对应α相，β相(xiang)在衍(yan)射(she)角2θ=39.65°处(chu)对应（110）衍射峰.从(cong)图6增材体(ti)的(de)XRD图可(ke)知，增(zeng)材(cai)体(ti)主要(yao)由(you)α相与β相组成(cheng)，且增(zeng)材体竖直方(fang)向(xiang)与水(shui)平(ping)方向(xiang)物相(xiang)基本(ben)一致，无(wu)明(ming)显差(cha)别(bie)。电弧(hu)3D打印(yin)TC4钛(tai)合(he)金(jin)增材体(ti)，横纵(zong)截面的β晶粒内显微组织(zhi)相近，均(jun)为互(hu)相(xiang)交错的α片(pian)层(ceng)和片(pian)间(jian)β相(xiang)组成的(de)网篮(lan)组(zu)织。
2.3力(li)学(xue)性能(neng)分(fen)析
电弧3D打(da)印(yin)TC4钛(tai)合金试(shi)样(yang)的(de)显微(wei)硬度略高(gao)于基(ji)材(cai)硬(ying)度(du)。在增(zeng)材体中(zhong)下(xia)部，硬(ying)度(du)较(jiao)表(biao)层(ceng)稍(shao)低(di)，这(zhe)是因(yin)为中下(xia)部区(qu)域(yu)在增(zeng)材(cai)过程中热积累(lei)量加(jia)剧，使(shi)得α相(xiang)粗(cu)化(hua)，导致其硬度(du)较(jiao)表层(ceng)低(di)，约为(wei)330HV0.5。由(you)于(yu)增(zeng)材(cai)体(ti)顶层(ceng)冷却速(su)度(du)较快(kuai)，且(qie)没有经(jing)过(guo)多次重(zhong)熔与(yu)热积(ji)聚(ju)的(de)影响，存在大量(liang)的针(zhen)状(zhuang)马(ma)氏(shi)体(ti)α'相(xiang)，α'相(xiang)为过(guo)饱和固溶体，硬(ying)度(du)大，所(suo)以(yi)增(zeng)材体(ti)表(biao)层硬度较大(da)，约为(wei)360HV0.5。图(tu)7为(wei)电(dian)弧3D打(da)印TC4钛合金(jin)试样的(de)室(shi)温(wen)拉伸应(ying)力-应变(bian)曲线。可(ke)知，电(dian)弧(hu)3D打印(yin)TC4钛(tai)合金的(de)拉(la)伸(shen)性能(neng)具(ju)有明显(xian)的(de)各向异性(xing)，试(shi)样(yang)沿增材(cai)高(gao)度(du)方(fang)向(xiang)的(de)抗(kang)拉(la)强(qiang)度(du)为720MPa，拉(la)伸应(ying)变(bian)约为(wei)19%。
沿水平(ping)打印方(fang)向的抗(kang)拉(la)强度(du)为760MPa，拉(la)伸(shen)应变为(wei)13%。即(ji)增(zeng)材体(ti)增(zeng)材(cai)高度方(fang)向(xiang)的(de)拉(la)伸强度低(di)于水平(ping)打(da)印方向(xiang)的，而拉(la)伸塑性则优(you)于(yu)水(shui)平(ping)打印方(fang)向(xiang)。
Wang等[16]研(yan)究表明(ming)，沉积(ji)态样品(pin)在(zai)拉(la)伸变(bian)形(xing)期间(jian)，载(zai)荷(he)在(zai)穿过β柱状(zhuang)晶(jing)粒(li)晶界时(shi)，会使(shi)得晶(jing)界α提前(qian)失效。Baufeld等(deng)[17]研(yan)究(jiu)发现，沉积态拉(la)伸(shen)性(xing)能具有(you)各(ge)向异(yi)性(xing)的原(yuan)因是(shi)存在(zai)外(wai)延生(sheng)长(zhang)的(de)β柱(zhu)状晶(jing)，即(ji)水(shui)平打(da)印(yin)方向的拉(la)伸件(jian)相(xiang)对(dui)于增材(cai)高(gao)度方向的晶(jing)粒(li)尺寸(cun)更(geng)细小，即包含(han)更(geng)多(duo)的晶(jing)界(jie)，而晶界的存在会(hui)导致(zhi)更大可(ke)能性(xing)的(de)失效。即增(zeng)材(cai)体(ti)在(zai)水平打(da)印(yin)方向存在(zai)较多的(de)晶界，在(zai)变形过(guo)程(cheng)中晶(jing)界会(hui)对(dui)位错滑(hua)移(yi)有较强的阻碍作(zuo)用(yong)，故强(qiang)度(du)较(jiao)大而塑(su)性略(lve)低(di)。反之(zhi)，增(zeng)材高度方向(xiang)上(shang)的(de)β柱状(zhuang)晶(jing)近似平(ping)行于(yu)拉(la)伸方向，晶界(jie)在(zai)拉伸(shen)过(guo)程中对(dui)位错滑移(yi)有着(zhe)较弱(ruo)的阻(zu)碍(ai)作(zuo)用，故增材(cai)高度方(fang)向(xiang)拉伸试(shi)样(yang)的强度略(lve)低而(er)塑(su)性较高(gao)。
结合图(tu)8给(gei)出(chu)的拉(la)伸(shen)断口(kou)形(xing)貌(mao)，经(jing)比较两(liang)个方向(xiang)拉伸(shen)试(shi)样的(de)韧(ren)窝(wo)形貌发现，沿增材(cai)高(gao)度方向(xiang)拉伸(shen)试(shi)样的韧(ren)窝深(shen)度大(da)且韧(ren)窝(wo)数(shu)量(liang)多(duo)，即塑性较(jiao)好。而水平打(da)印(yin)方向断口(kou)微观形貌中韧窝(wo)较(jiao)浅，类(lei)似(shi)于解理(li)面，该(gai)断口(kou)形(xing)貌的(de)出现(xian)说(shuo)明其塑(su)性(xing)一(yi)般(ban)，这(zhe)印证(zheng)了(le)试(shi)样(yang)拉(la)伸性(xing)能(neng)的(de)测试结果。
表4给出(chu)了电弧3D打印增材体试(shi)样的(de)室(shi)温(wen)冲(chong)击性能(neng)。可看(kan)出(chu),TC4钛(tai)合(he)金(jin)件(jian)的(de)冲击(ji)韧性没有(you)表现出(chu)明(ming)显(xian)的(de)各(ge)向异性(xing),增材(cai)高(gao)度(du)方向(xiang)与水平(ping)打(da)印(yin)方(fang)向的(de)冲击韧度均(jun)达(da)到70J/cm2，高(gao)于HB5432-1989标(biao)准(zhun)要(yao)求(qiu)，抗冲(chong)击(ji)韧性(xing)较好。由于(yu)相(xiang)邻β晶(jing)粒内存(cun)在(zai)取向(xiang)不同的片状α相(xiang)，这(zhe)会使试(shi)样(yang)在(zai)断(duan)裂时的裂纹(wen)扩(kuo)展方(fang)向发生改(gai)变，即(ji)断裂时(shi)需(xu)要(yao)消(xiao)耗(hao)更(geng)多(duo)的能量，故(gu)冲击韧(ren)性较大(da)。
图9为(wei)增(zeng)材(cai)体(ti)试(shi)样竖直方向与水(shui)平方(fang)向(xiang)的(de)室(shi)温冲击断口(kou)形貌。可(ke)看(kan)到(dao)，断(duan)口(kou)处均(jun)存在(zai)韧(ren)窝，部分韧窝底部(bu)有小孔洞，断口韧(ren)窝特(te)征明显；且增材高度方向与水平(ping)打印(yin)方向的(de)断口处韧窝无(wu)明显(xian)差异，这与(yu)冲(chong)击实(shi)验所(suo)得到的(de)数据结(jie)果一致。
3、结论
（1）采(cai)用CMT技(ji)术制备的(de)TC4钛合金(jin)增材(cai)体(ti)，宏观形(xing)貌良好。近(jin)基板(ban)处为(wei)等(deng)轴(zhou)晶组织，随着(zhe)打印过程的(de)进行，逐(zhu)渐生(sheng)成外延生长的β柱状晶(jing)。
（2）电(dian)弧(hu)3D打(da)印TC4钛(tai)合金增材(cai)体近(jin)表(biao)层(ceng)主要(yao)分(fen)布(bu)针状(zhuang)α'相，中下(xia)部(bu)主要有网(wang)篮(lan)组(zu)织(zhi)、片层组(zu)织、少(shao)量(liang)残(can)余α'相(xiang)以(yi)及(ji)β相(xiang)组成(cheng)，且增(zeng)材(cai)高(gao)度(du)方(fang)向(xiang)与(yu)水平打(da)印方(fang)向组(zu)织(zhi)无明显(xian)差异(yi)。
（3）硬(ying)度(du)近(jin)基(ji)材(cai)处较(jiao)小，中(zhong)上部硬(ying)度较(jiao)大(da)，增(zeng)材体(ti)顶层(ceng)硬度(du)达(da)到最大值(zhi)。粗大(da)β柱状(zhuang)晶(jing)组织(zhi)的(de)存(cun)在，导致(zhi)材(cai)料(liao)拉伸(shen)性能(neng)的各(ge)向(xiang)异性(xing)，即沿(yan)水(shui)平方(fang)向(xiang)拉伸(shen)强(qiang)度较高(gao)，沿(yan)增材(cai)高度(du)方向拉伸(shen)塑(su)性较好(hao)。冲(chong)击(ji)韧(ren)性(xing)没(mei)有(you)明显的(de)各(ge)向(xiang)异性(xing)，且增(zeng)材(cai)高(gao)度方(fang)向(xiang)与水(shui)平(ping)方(fang)向的冲击韧(ren)度均(jun)达到(dao)70J/cm2，高(gao)于HB5432-1989标准(zhun)的要求。
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相(xiang)关链(lian)接
