钛合金以其优良的力学性能和耐侵蚀性能普遍应用于航空航天、武器、船舶等领域[1-5]。。。。。。TA15钛合金作为一种高铝当量的近α型钛合金，，，，， ，，，其因素为Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V，，，，， ，，，具有优异的热强性和优异焊接性[6]，，，，， ，，，在飞机机身结构和发念头叶片等均被大宗使用。。。。。。现在，，，，， ，，，随着装备钛合金构件向大型化、轻量化、重大化生长[7]，，，，， ，，，其对加工制造手艺提出更高的要求，，，，， ，，，接纳铸造、铸造、机械加工和焊接等古板工艺要领难以知足制造需求。。。。。。电弧增材制造手艺是用电弧作为热源，，，，， ，，，以金属丝材为沉积质料，，，，， ，，，逐层群集，，，，， ，，，直接制造大型金属部件的手艺，，，，， ，，，具有成形效率高、质料使用率高、装备成内情对较低等优点，，，，， ，，，切合高性能大型重大构件高效低本钱制造的要求[8]。。。。。。
针对TA15钛合金增材制造手艺海内外学者举行大宗研究，，，，， ，，，刘祥宇等[9]研究了激光增材制造TA15钛合金显微组织及力学性能各向异性在固溶温度下的转变纪律，，，，， ，，，效果批注，，，，， ，，，降低固溶温度，，，，， ，，，柱状晶和等轴晶尺寸减小，，，，， ，，，提高固溶温度，，，，， ，，，TA15钛合金拉伸性能各向异性降低。。。。。。牟建伟等[10]研究了激光增材毗连TA15钛合金团结区的显微组织与力学性能，，，，， ，，，效果批注，，，，， ，，，团结区显微组织与母材均为网篮组织，，，，， ，，，团结区的力学性能可达母材力学性能水平。。。。。。激光增材制造手艺可用于钛合金装备的整体制造与修复。。。。。。王贺等[11]接纳GTAW电弧增材制造手艺制备了TA15/TC11梯度结构质料，，，，， ，，，并对其显微组织和力学性能举行了研究。。。。。。研究发明，，，，， ，，，GTAW电弧增材制造TA15和TC11均为网篮组织，，，，， ，，，从TA15到TC11过渡，，，，， ，，，晶粒尺寸逐渐减小，，，，， ，，，α板条逐渐变细。。。。。。TA15/TC11界面处的团结强度高于TA15处的纵向强度，，，，， ，，，其横向伸长率高于TA15部分和TC11部分的横向伸长率。。。。。。吴冬冬等[12]接纳激恢复合增材制造手艺制备了TA15钛合金试样，，，，， ，，，并对其显微组织和力学性能举行了研究。。。。。。效果批注，，，，， ，，，试样的激光选区熔化区、熔化沉积区及界面过渡区均为沿沉积偏向生长的β柱状晶，，，，， ，，，差别区域内α相均泛起魏氏组织特征，，，，， ，，，拉伸试样均断裂于熔化沉积区，，，，， ，，，具有优异的综协力学性能。。。。。。谷美邦[13]研究了差别热处置惩罚制度对激光增材制造TA15钛合金显微组织和力学性能的影响。。。。。。研究发明，，，，， ，，，通俗退火态为α+β超细网篮组织，，，，， ，，，双重退火态为初生α相+超细β转变组织组成的特种双态组织。。。。。。通俗退火态激光增材制造TA15钛合金强度和疲劳极限优于双重退火态，，，，， ，，，但塑性和断裂韧性缺乏双重退火态。。。。。。郭彦梧[14]接纳激光选区熔化手艺，，，，， ，，，研究了激光能量密度对TA15钛合金聚整体显微组织和力学性能的影响。。。。。。研究发明，，，，， ，，，SLM聚整体组织为针状α′马氏体，，，，， ，，，随激光能量密度增添，，，，， ，，，热循环峰值温度转变，，，，， ，，，造成针状马氏体分级征象；；；；；另外，，，，， ，，，随着能量密度增添，，，，， ，，，聚整体试样抗拉强度逐渐降低，，，，， ，，，屈服强度逐渐升高，，，，， ，，，伸长率逐渐降低。。。。。。王逸尘[15]通过电子束增材制造手艺研究了差别工艺参数对TA15聚整体的组织和力学性能的影响。。。。。。研究效果批注，，，，， ，，，随远离基板，，，，， ，，，β晶粒逐渐由等轴晶向柱状晶转变。。。。。。增大增材速率，，，，， ，，，柱状晶逐渐变细小，，，，， ，，，甚至部分趋向等轴状；；；；；随束流密度增大，，，，， ，，，试样的抗拉强度增大，，，，， ，，，强度和伸长率均抵达锻件标准。。。。。。
关于TA15钛合金，，，，， ，，，研究主要集中于激光增材制造工艺、热处置惩罚对聚整体的组织和拉伸性能的影响，，，，， ，，，对CMT电弧增材制造TA15钛合金的显微组织特征及显微组织与拉伸性能间的关系研究较少，，，，， ，，，本文作者以CMT电弧增材制造TA15钛合金聚整体为研究工具，，，，， ，，，研究其显微组织和力学性能，，，，， ，，，为电弧增材制造TA15钛合金的进一步生长和应用提供理论与数据支持。。。。。。
1、试验与要领
试验用基板是尺寸为200mm×100mm×6mm的TA15钛合金板材，，，，， ，，，以直径1.2mm的TA15钛合金丝材为沉积质料，，，，， ，，，其化学因素如表1所示。。。。。。
试验用CMT电弧增材制造系统如图1所示。。。。。。其中机械人系统为KUKA六轴机械人，，，，， ，，，电源及送丝系统为福尼斯CMT4000advanced，，，，， ，，，图2为CMT电弧增材制造路径示意图。。。。。。以水平打印偏向为X偏向，，，，， ，，，以沿增材高度偏向为Z偏向。。。。。。增材制造工艺电流为110A，，，，， ，，，电弧电压为11.6V，，，，， ，，，焊接速率为0.96m/min，，，，， ，，，送丝速率为4m/min，，，，， ，，，焊缝宽度为20mm，，，，， ，，，层高为2mm。。。。。。增材试验前，，，，， ，，，对钛合金基板外貌举行打磨整理并用丙酮擦拭，，，，， ，，，除去表层油污和氧化层。。。。。。将钛合金基板置于变位机上并用夹具牢靠，，，，， ，，，避免增材历程基板变形。。。。。。
此后装置惰性气体保唬；；；ふ，，，，， ，，，并在增材前以20L/min的速率向保唬；；；ふ帜谕ㄈ3min氩气以排尽保唬；；；ふ帜诘目掌，，，，， ，，，随后将速率调至15L/min举行增材试验，，，，， ，，，阻止较快的气流对电弧稳固性造成影响。。。。。。
增材完成后，，，，， ，，，用XYD-225型X射线实时成像检测系统对电弧增材制造TA15聚整体举行无损检测，，，，， ，，，用线切割从聚整体中制备水平打印偏向与增材高度偏向的拉伸试样及金相试样。。。。。。金相试样经粗磨、精磨后抛光，，，，， ，，，使用侵蚀剂（3mLHF、30mLHNO3、67mLH2O2）侵蚀，，，，， ，，，然后用酒精洗濯并吹干。。。。。。用光学显微镜（OM）和FEIQuanta250F场发射扫描电镜举行显微组织剖析；；；；；用射线衍射仪（XRD）举行试样物相剖析；；；；；用万能拉伸试验机举行力学性能测试，，，，， ，，，用扫描电子显微镜举行断口剖析。。。。。。
2、效果与讨论
2.1宏观形貌
图3为CMT手艺制造的TA15钛合金聚整体。。。。。。尺寸为130mm×120mm×26mm。。。。。。图4为TA15钛合金聚整体无损检测效果。。。。。。图4聚整体顶部和中部玄色阴影为像质计留下的影像，，，，， ，，，可以发明，，，，， ，，，聚整体外貌无显着气孔，，，，， ，，，内部无气孔、未熔合等缺陷，，，，， ，，，成形优异。。。。。。
图5为金相试样取样示意图。。。。。？？？？？？梢钥闯，，，，， ，，，CMT电弧增材制造TA15钛合金为粗大的柱状晶组织。。。。。。在增材凝固历程中，，，，， ，，，金属丝材在电弧作用下熔化形成熔池，，，，， ，，，在电弧运动脱离后，，，，， ，，，熔池金属冷却凝固形成新的质料沉积，，，，， ，，，在电弧增材制造历程中，，，，， ，，，熔池中绝大部分热量以热传导的方法通过基板沿笔直向下的方法散失。。。。。。温度梯度与沉积偏向相反，，，，， ，，，晶体将逆温度梯度生长，，，，， ，，，形成贯串多个沉积层的β柱状晶。。。。。。
2.2物相剖析
TA15聚整体的XRD图如图6所示。。。。。？？？？？？梢苑⒚，，，，， ，，，电弧增材制造TA15钛合金聚整体中只检测到了密排六方（HCP）相的衍射峰，，，，， ，，，未发明显着β相衍射峰，，，，， ，，，批注电弧增材制造TA15钛合金聚整体主要为α相。。。。。。
2.3显微组织
图7、8划分为电弧增材制造TA15钛合金的光学显微镜（OM）和扫描电镜图。。。。。。
可以看出，，，，， ，，，电弧增材制造TA15钛合金组织主要由针状α-Ti相互交织形成的网篮组织及少量沿β晶界的界线析出的取向一致、大长宽比的α-Ti群集而成的片层组织组成。。。。。。用ImageJ图像剖析软件对合金各相举行体积分数测定，，，，， ，，，测得α相体积分数约为72.47%。。。。。。
在增材历程中，，，，， ，，，熔池最后随焊枪向前运动而最先凝固，，，，， ，，，当熔池金属的温度降到β相变点以下时，，，，， ，，，初生α相率先在晶界处形核且向晶界内长大，，，，， ，，，沿晶界α相长大为相互平行的α片层，，，，， ，，，该组织具有较大的长宽比，，，，， ，，，而较快的冷却速率使得晶内差别位向的α形核率较高，，，，， ，，，α束集尺寸较小，，，，， ，，，α片层变短且相互交织，，，，， ，，，形成网篮组织。。。。。。
2.4力学性能剖析
图9为CMT电弧增材制造TA15钛合金试样的室温拉伸应力-应变曲线。。。。。。沿水平打印偏向（X偏向）的室温抗拉强度为976MPa，，，，， ，，，屈服强度为881MPa，，，，， ，，，断后伸长率为7%。。。。。。沿增材高度偏向（Z偏向）的室温抗拉强度为964MPa，，，，， ，，，屈服强度为868MPa，，，，， ，，，断后伸长率为12.5%。。。。。。聚整体在X与Z偏向的抗拉强度相差小，，，，， ，，，而Z偏向的断后伸长率则优于X偏向。。。。。。两个偏向的断后伸长率的差别可能与外延生长的粗大柱状晶和晶界处一连的α相有关，，，，， ，，，水平打印偏向（X偏向）的拉伸试样在变形历程中，，，，， ，，，晶界α相险些与拉伸偏向笔直，，，，， ，，，裂纹更易在晶界处形成，，，，， ，，，并沿晶界扩展，，，，， ，，，导致其断后伸长率低于增材高度偏向（Z偏向）[16]。。。。。。
图10为电弧增材制造TA15钛合金水平打印偏向和增材高度偏向的拉伸断口形貌。。。。。？？？？？？梢钥吹，，，，， ，，，沿增材高度偏向（Z偏向）拉伸试样的韧窝数目多且深度大，，，，， ，，，而水平打印偏向（X偏向）拉伸试样的断口形貌中韧窝较浅，，，，， ，，，批注在拉伸载荷下电弧增材制造TA15钛合金沿增材高度偏向（Z偏向）具有更好的塑性变形能力。。。。。。
3、结论
1）接纳CMT电弧增材制造手艺制备的TA15钛合金聚整体外貌无显着气孔，，，，， ，，，内部无气孔、未熔合等缺陷，，，，， ，，，成形优异。。。。。。聚整体试样宏观组织为外延生长的粗大原始β柱状晶。。。。。。
2）电弧增材制造TA15钛合金聚整体主要为α相，，，，， ，，，其体积分数约为72.47%，，，，， ，，，组织主要由针状α-Ti相互交织形成的网篮组织及少量沿β晶界的界线析出的取向一致、大长宽比的α-Ti群集而成的片层组织组成。。。。。。
3）CMT电弧增材制造TA15钛合金聚整体X偏向与Z偏向的抗拉强度、屈服强度相差小，，，，， ，，，而Z偏向的断后伸长率则优于X偏向。。。。。。
4、参考文献
[1]郭鲤，，，，， ，，，何伟霞，，，，， ，，，周鹏，，，，， ，，，等.我国钛及钛合金产品的研究现状及生长远景[J].热加工工艺，，，，， ，，，2020，，，，， ，，，49（22）：22-28.
GUOLi，，，，， ，，，HEWeixia，，，，， ，，，ZHOUPeng，，，，， ，，，etal.ResearchstatusanddevelopmentprospectoftitaniumandtitaniumalloyproductsinChina[J].HotWorkingTechnology，，，，， ，，，2020，，，，， ，，，49（22）：22-28.（inChinese）
[2]周松，，，，， ，，，查涛，，，，， ，，，回丽，，，，， ，，，等.激光沉积修复TA15钛合金断裂韧度研究[J].有数金属质料与工程，，，，， ，，，2021，，，，， ，，，50（7）：2528-2535.
ZHOUSong，，，，， ，，，ZHATao，，，，， ，，，HUILi，，，，， ，，，etal.FracturetoughnessstudyofTA15titaniumalloyrepairedbylaserdeposition[J].RareMetalMaterialsandEngineering，，，，， ，，，2021，，，，， ，，，50（7）：2528-2535.（inChinese）
[3]张亚峰，，，，， ，，，张明玉，，，，， ，，，于成泉，，，，， ，，，等.工业生产TA15钛合金的组织与拉伸性能剖析[J].天下有色金属，，，，， ，，，2022，，，，， ，，，605（17）：10-12.
ZHANGYafeng，，，，， ，，，ZHANGMingyu，，，，， ，，，YUChengquan，，，，， ，，，etal.Mi‐crostructureandtensilepropertiesofindustrialTA15titaniumalloy[J].WorldNonferrousMetals，，，，， ，，，2022，，，，， ，，，605（17）：10-12.（inChinese）
[4]MAXiaozhao，，，，， ，，，XIANGZhilei，，，，， ，，，LITao，，，，， ，，，etal.Evolutionlawsofmicrostructuresandmechanicalpropertiesduringheattreat‐mentsfornear‐αhigh‐temperaturetitaniumalloys[J].Interna‐tionalJournalofMinerals，，，，， ，，，MetallurgyandMaterials，，，，， ，，，2022，，，，， ，，，29（8）：1596-1607.
[5]WANGF，，，，， ，，，LEILM，，，，， ，，，FUX，，，，， ，，，etal.TowarddevelopingTialloyswithhighfatiguecrackgrowthresistancebyadditivemanufac‐turing[J].JournalofMaterialsScience&Technology，，，，， ，，，2023，，，，， ，，，132（1）：166-178.
[6]舒勇.基于DEFORM-3D的TA15钛合金高筋锻件铸造工艺剖析[J].铸造与冲压，，，，， ，，，2022（19）：50-54.
SHUYong.StudyofforgingprocessofhighwebforgingofTA15titaniumalloybasedonDEEORM‐3D[J].Forging&Metalforming，，，，， ，，，2022（19）：50-54.（inChinese）
[7]李权，，，，， ，，，王福德，，，，， ，，，王国庆，，，，， ，，，等.航空航天轻质金属质料电弧熔丝增材制造手艺[J].航空制造手艺，，，，， ，，，2018，，，，， ，，，61（3）：74-82.
LIQuan，，，，， ，，，WANGFude，，，，， ，，，WANGGuoqing，，，，， ，，，etal.Wireandarcadditivemanufacturingoflightweightmetalcomponentsinaeronauticsandastronautics[J].AeronauticalManufacturingTechnology，，，，， ，，，2018，，，，， ，，，61（3）：74-82.（inChinese）
[8]郭艳华，，，，， ，，，戴国庆，，，，， ，，，孙中刚，，，，， ，，，等.激光增材制造钛合金冶金组织特征及其调控要领研究希望[J].有数金属质料与工程，，，，， ，，，2022，，，，， ，，，51（12）：4733-4744.
GUOYanhua，，，，， ，，，DAIGuoqing，，，，， ，，，SUNZhonggang，，，，， ，，，etal.Researchprogressofmetallurgicalstructurecharacteristicsandcontrolmethodsoflaseradditivemanufacturingtitaniumalloys[J].RareMetalMaterialsandEngineering，，，，， ，，，2022，，，，， ，，，51（12）：4733-4744.（inChinese）
[9]刘祥宇，，，，， ，，，王辰阳，，，，， ，，，徐国建，，，，， ，，，等.固溶温度对激光增材制造TA15组织与性能的影响[J/OL].热加工工艺：1-5[2023-03-03].https：//doi.org/10.14158/j.cnki.1001-3814.20211703.
LIUXiangyu，，，，， ，，，WANGChenyang，，，，， ，，，XUGuojian，，，，， ，，，etal.EffectsofsolutiontemperatureonmicrostructureandpropertiesofTA15fabricatedbylaseradditivemanufacturing[J/OL].HotWork‐ingTechnology：1-5[2023-03-03].https：//doi.org/10.14158/j.cnki.1001-3814.20211703.（inChinese）
[10]牟建伟，，，，， ，，，于传军，，，，， ，，，汤海波，，，，， ，，，等.激光增材毗连TA15钛合金显微组织及力学性能研究[J/OL].中国激光：1-12[2023-03-06].
http：//kns.cnki.net/kcms/detail/31.1339.TN.20230209.1633.018.html.
MOUJianwei，，，，， ，，，YUChuanjun，，，，， ，，，TANGHaibo，，，，， ，，，etal.Studyonmi‐crostructureandmechanicalpropertiesofTA15titaniumalloybylaseradditivejoining[J/OL].ChineseJournalofLasers：1-12[2023-03-06].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/31.1339.TN.20230209.1633.018.html.（inChinese）
[11]WANGHe，，，，， ，，，MAShuyuan，，，，， ，，，WANGJiachen，，，，， ，，，etal.Microstruc‐tureandmechanicalpropertiesofTA15/TC11gradedstructur‐almaterialbywirearcadditivemanufacturingprocess[J].TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina，，，，， ，，，2021，，，，， ，，，31（8）：2323-2335.
[12]吴冬冬，，，，， ，，，钱远宏，，，，， ，，，李明亮，，，，， ，，，等.激恢复合增材制造TA15钛合金组织与拉伸性能研究[J].应用激光，，，，， ，，，2020，，，，， ，，，40（4）：615-620.
WUDongdong，，，，， ，，，QIANYuanhong，，，，， ，，，LIMingliang，，，，， ，，，etal.StudyonmicrostructureandtensilepropertiesofTA15titaniumalloybylaserhybridadditivemanufacturing[J].AppliedLaser，，，，， ，，，2020，，，，， ，，，40（4）：615-620.（inChinese）
[13]谷美邦.热处置惩罚制度对激光增材制造TA15钛合金力学性能的影响[J].航空制造手艺，，，，， ，，，2021，，，，， ，，，64（3）：97-102.
GUMeibang.Influenceofheattreatmentonmechanicalprop‐ertiesofTA15titaniumalloyfabricatedbylaseradditiveman‐ufacturing[J].AeronauticalManufacturingTechnology，，，，， ，，，2021，，，，， ，，，64（3）：97-102.（inChinese）
[14]郭彦梧.激光选区熔化成形TA15钛合金工艺性能研究[D].北京：北京工业大学，，，，， ，，，2019.
GUOYanwu.StudyonthetechnologicalpropertiesofTA15ti‐taniumalloybyselectivelasermelting[D].Beijing：BeijingUniversityofTechnology，，，，， ，，，2019.（inChinese）
[15]王逸尘.电子束熔丝沉积TA15合金组织演化纪律和性能研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，，，，， ，，，2021.
WANGYichen.MicrostructureevolutionandpropertiesofTA15alloyfabricatedbyelectronbeamfreeformfabrication[D].Harbin：HarbinInstituteofTechnology，，，，， ，，，2021.（inChi‐nese）
[16]BAUFELDB，，，，， ，，，BRANDLE，，，，， ，，，BIESTO.Wirebasedadditivelay‐ermanufacturing：Comparisonofmicrostructureandmechani‐calpropertiesofTi‐6Al‐4Vcomponentsfabricatedbylaser‐beamdepositionandshapedmetaldeposition[J].JournalofMaterialsProcessingTech，，，，， ，，，2011，，，，， ，，，211（6）：1146-1158.
相关链接
