媒介

TA15(Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr)钛合金，是一种典型的近α型钛合金，拥有比强度高、、、耐蚀性强、、、焊接性好的特点，在坦克装甲、、、武装直升机、、、船舶等防护领域有着关键利用[1－5]。但传统钛合金加工制作工艺如铸造、、、铸造等存在出产周期长、、、资料利用率低、、、过程可控性小等不及，严重限度了钛合金的进一步利用。钛合金加工周期耽搁，提高了产品加工成本。增材制作技术可能实现近净成形，仅需少量加工，因而其在钛合金宽泛利用削减了成产成本，提高市场响应速度。

近几年来，增材制作[6](AM，AddiTiVeMAn-ufActuring)技术的急剧发展为解决传统制作的难题提供相识决蹊径。对钛合金的增材钻研重要集中于激光增材。SAbbAn[７]钻研了tA1的激光增材技术，创新性的使用循环热处置方式将α晶粒球化并获得双态微观结构，在维持资料原有高强度的同时，提高了延展性和韧性。ShengＺhAng等[８]钻研了热处置对增材TA15组织的影响并获得了综合机能优良三态组织。

然而，激光设备投资大、、、运行成本高、、、沉积效能低，无法满足日益增长的大型结构件急剧制作需要。丝材＋电弧增材制作(Wire＋ArcAddi-TiVeMAnufActuring，WAAM)是一种以电弧为热源、、、丝材为填充金属进行逐层堆积的增材制作技术[9]。

与以电子束、、、激光等为热源增材方式相比，WAAM技术拥有沉积效能高、、、资料利用率高、、、设备投资成本低等巨大优势，受到了国内外钻研学者的宽泛关注。Wu等[10]钻研了tc４电弧增材过程中热堆集对成形质量的影响，发现由于散热蹊径的扭转将影响构件状态特点。等离子电弧增材技术以压缩电弧为热源，能量密度高、、、沉积效能高、、、成型精度高、、、电弧不变性强的特点，在钛合金增材制作领域有着重要利用。徐俊强等[11]钻研了协同送丝等离子增材制作异种钛合金组织与机能，了局批注增材构件中存在两种微观组织状态，即散布在沉积层接壤处的α相集束组织和散布在沉积层中心的α＋β相片层组织，成功将等离子电弧增材利用到异种钛合金的制作。

由于目前使用等离子电弧增材制作TA15钛合金的钻研较少。本文通过钻研等离子电弧增材制作TA15钛合金组织与机能，以期扩大TA15成型步骤与利用，为钛合金电弧增材发展利用提供理论与实际基础。

1、、、试验资料及步骤

等离子电弧增材示意图如图1所示；；；逦200MM×100MM×6MM的TA15钛合金板材，沉积金属为TA15钛合金丝材，其化学成分如表1所示。

增材起头前，对钛合金基板的待增材理论进行打磨并用丙酮擦拭，除去理论氧化层和油污。使用夹具固定基板，预防基板变形对增材过程产生影响。

增材时，在一层堆积实现后，下一层电弧活动方向与上一层活动方向相反。等离子电弧增材制作TA15钛合金工艺参数如表2所示。

增材实现后，从增材构件上使用线切割机取拉伸试样和金相试样进行表征。取样方式如图1所示。对金相试样顺次在2４0！！、、、４00！！、、、600！！、、、８00！！、、、1200！！、、、2000＃砂纸上进行打磨至光亮，经抛光、、、侵蚀剂(３MＬhf、、、３0MＬhno３、、、6７MＬh2o2)侵蚀、、、酒精洗濯并吹干后获得金相试样。

凭据尺度gb/t22８—2002获得拉伸试样，并利用全能试验机测试室温下的拉伸机能，分析分歧区域的机能变动法规。选取光学显微镜对增材样件显微组织进行表征，使用feiＱuAntA250f场发射扫描电镜观察微观组织及拉伸断口描摹。

2、、、试验了局及分析

2.1增材TA15微观组织

取电弧增材TA15直壁上、、、中、、、下三部门金相试样，获得微观组织如图2所示，其中图2A、、、图2c、、、图2e为分歧地位的金相照片，图2b、、、图2d、、、图2f为分歧地位的SeM照片。从图2A中能够看出，上部组织重要有类似于网篮的网篮组织，以及取向一致的片层状组织，别的存在少量的针状α和α′。结合TA15相图，不难分辨出，上部微观组织重要由针、、、片状α、、、针状马氏体α′、、、网篮组织、、、魏氏组织及大等轴原始β晶组成。其中，马氏体α′相的形成重要与增材过程中的形核、、、冷却速度以及成分扩散有关。对于最上部组织，等离子增材实现后，最上层钛合金温度高于β相转变温度，且散热较快，β相在较快的冷却速度下转造成马氏体。

中层地位重要有网篮组织、、、少量魏氏组织、、、少量马氏体α′、、、集束组织、、、棒状α和原始β晶界。中、、、下地位α′的削减的重要原因是，后续多层热循环的累积，对中基层有热处置作用，使得马氏体α′分化，并形成集束组织[12]。而中、、、下地位的片层宽度增大，也是后续沉积层的热堆集而形成的热处置作用。

基层地位的组织与中层类似，有网篮组织、、、部门针状α、、、少量α′、、、魏氏组织、、、原始β晶界，但有比中层组织越发显著的短棒状(等轴状)α晶。值得关注的是中、、、基层组织存在短棒状(或等轴状)α，且基层棒状α较中层尺寸大，这是由于中、、、基层组织受到后续沉积层热处置作用，使得短棒状α成长。通常以为短棒状的α晶初生α晶，片层α晶为次生α晶[８]。中、、、下部组织与上部组织有着显著差距，重要是由于中下部层收到了后续多层热循环作用。中基层α片层尺寸更大。三个地位均有取向一致的α针片状组织。这是由于直壁构件整体散热较慢，冷却速度远小于最上层组织，过冷度较小，易于晶界处形核并成长，从而形成取向一致的针片状α从组织。

别的能够看到，显微组织中同时存在不陆续晶界和陆续晶界(图2A)。李雷等[12]以为，该晶界是由块状的初生α相组成。没有形成陆续晶界的原因是，晶界处温度低，冷却速度较慢，过冷度较小，α在该处形核并缓慢长大，从而形成不陆续晶界。

2.2增材TA15力学机能

分歧方向分歧部位的拉伸机能如图３所示。

能够看出，等离子增材TA15钛合金，对于平行于焊缝方向的试样，其抗拉强度和屈服强度均大于垂直于焊缝方向的试样，伸长率小于垂直于焊缝方向的试样，增材试样拥有显著的各向异性；；；从上到下，抗拉强度逐步增大。重要是由于受到多层热循环的作用，中下部组织残留β基体中成长出更多片层状次生α相，使得试样强度增大。由于增材时电弧活动蹊径高低层分歧，使得增材冷却后没有形成贯通多层的大柱状晶粒，且左右两侧受热作用类似，因而统一水平方式取样下，垂直于焊缝方向的两侧试样强度没有显著的差距。

图４显示了三组平行于焊缝方向试样的典型拉伸断口微观描摹。图４A断口含有剪切韧窝以及少量等轴韧窝，是一种典型的延性断裂特点。图４b显示了平行于焊缝方向中部的拉伸断裂描摹，其中含有较多的等轴韧窝，这也验证了图４b组试样的抗拉强度大于图４A组试样。图４c断口有显著的准解理断裂特点，为韧、、、脆混合断裂。这也证了然基层地位的试样塑性较差，重要是由于热累积使得基层晶粒成长而粗壮。

同时价得关注的是，水平垂直于焊缝试样的左、、、右两部门的塑性高于中部地位。通常在增材过程中，水平方向上焊缝中心地位较两侧散热速度慢，片层间距较大，晶粒较粗?而边缘冷却速度快，片层间距较窄，晶粒较小。通常细化晶：，单元体积内晶粒增多，变形易分散在更多的晶粒中，不容易造成应力集中，从而使得塑性提高。因而统一水平方向上，边缘地位的塑性略高于中心部位的塑性。

从本文分析能够看出，等离子电弧增材直壁试样的拉伸机能在二维方向拥有显著的方向性，差距较大。

４、、、结论

(1)等离子电弧增材获得的直壁体中，上层组织重要有针、、、片状α、、、针状马氏体α′相、、、网篮组织、、、魏氏组织及大等轴原始β晶?中基层组织较为类似，均有网篮组织、、、少量魏氏组织、、、少量马氏体α′、、、集束组织、、、原始β晶界，但基层组织存在短棒状(等轴状)α晶，为初生α相。

(2)等离子电弧增材获得的直壁体中，沿增材方向组织差距显著，中基层α片层宽度较上层大。

(３)TA15电弧增材制作直壁构件存在显著的各向异性，平行于焊缝方向的抗拉强度大于垂直于焊缝方向的抗拉强度。

参考文件:

[1]donghe，JingcＺ，ＹAngW，etAl.AStudｙofdｙnAMicrecrｙStAlｌiｚATioninTA15TitAniuMAlｌoｙduringhotdeforMA-TionbｙceｌｌuｌArAutoMAtAModeｌ[J].internATionAlJournAlofModernＰhｙSicSb，2009，2３(06＆0７):0906026－.

[2]SunＺ，ＹAngh.MicroStructureAndMechAnicAlｐroｐ-erTieSofTA15TitAniuMAlｌoｙunderMuｌTi-SteｐｌocAlｌoAdingforMing[J].MAteriAlSScience＆engineeringA，2009，52３(1－2):1８４－192.

[３]fAnＸg，ＹAngh，gAoＰf.deforMATionbehAViorAndMicroStructureeVoｌuTioninMuｌTiStAgehotWorｋingofTA15TitAniuMAlｌoｙ:ontheroｌeofrecrｙStAlｌiｚATion[J].JournAlofMAteriAlSScience，2011，４6(1８):601８－602８.

[４]chAo，cAiＸ，WuW，etAl.SeｌecTiVeｌASerMeｌTingof neAr-αTitAniuMAlｌoｙTi-6Al-2Zr-1Mo-1V:ＰArAMeteroｐTiMiｚATion，heAttreAtMentAndMechAnicAlｐerforM-Ance[J].JournAlofMAteriAlSScience＆technoｌogｙ，2020，5７(22):5３－66.

[5]WuＸ，cAic，ＹAngＬ，etAl.enhAncedMechAnicAlｐroｐerTieSofTi-6Al-2Zr-1Mo-1VWithuｌtrAfinecrｙStAl-ｌiteSAndnAno-ScAletWinSfAbricAtedbｙSeｌecTiVeｌASerMeｌTing[J].MAteriAlSScienceAndengineering，201８，７３８(dec.19):10－1４.

[6]JJＬeWAndoWSｋi，SeifiM.MetAlAddiTiVeMAnufActur-ing:AreVieWofMechAnicAlＰroｐerTieS[J].AnnuAlreVieWofMAteriAreSeArch，2016，４6:151－1８6.

[７]SAbbAnr，bAhｌS，chAtterJeeＫ，etAl.gｌobuｌAriｚA-TionuSingheAttreAtMenTinAddiTiVeｌｙMAnufActuredTi-6Al-４VforhighStrengthAndtoughneSS[J].ActAMAteriAliA，201８，162.

[８]ShengＺ，ＹｚA，Ｚｚc，etAl.theMicroStructureAndtenSiｌeｐroｐerTieSofAddiTiVeｌｙMAnufActuredTi-6Al-2Zr-1Mo-1VWithAtriModAlMicroStructureobtAinedbｙMuｌTiｐｌeAnneAlingheAttreAtMent[J].nAteriAlSSci-enceAndengineering:A，2022，８３1(101).

[9]尹博，赵鸿，王金彪，等.钛合金电弧增材制作技术钻研近况及发展趋向[J].航空精密制作技术，2016(0４):４.

[10]Wub，dingd，ＰAnＺ，etAl.effectSofheAtAccuMu-ｌATionontheArcchArActeriSTicSAndMetAltrAnSferbe-hAViorinWireArcAddiTiVeMAnufActuringofTi6Al４V[J].JournAlofMAteriAlSＰroceSSingtechnoｌogｙ，201７，250:３0４－３12.

[11]徐俊强，彭勇，周琦，等.异种钛合金协同送丝等离子增材制作试验[J].焊接学报，2019，４0(09):59－6４.

[12]李雷，于治水，张培磊，等.tc４钛合金电弧增材制作叠层组织特点[J].焊接学报，201８，３9(12):３７－４３.