《表2 不同电弧增材制造制备的TC4钛合金拉伸性能统计》

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《电弧增材制造航空钛合金构件组织及力学性能研究现状》

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电弧增材制造钛合金的力学性能是仅次于成形组织的研究热点内容之一。针对电弧增材制造的TC4钛合金，表2中统计了部分采用电弧增材制造技术制备的TC4钛合金沉积态和热处理前后的拉伸性能，可以发现，电弧增材制备的TC4钛合金抗拉强度在水平方向（Longitudinal direction，0°）和竖直方向（Transverse direction，90°）存在一定的各向异性，一般情况下在水平方向抗拉强度优于竖直方向。但在相关的研究结果中，也存在一些特殊情况，刘宁[7]在研究不同工艺参数下拉伸性能时发现，层间冷却3 min的情况下，水平方向（910.48 MPa）和竖直方向（908.40MPa）的抗拉强度测试结果接近，但90°方向伸长率（21.0%）远大于0°（6.7%）。Bermingham等[17]研究了添加质量分数0.13%B元素电弧增材TC4钛合金在0°方向的拉伸性能，发现沉积态下试样的伸长率比不添加B元素有较大提升，但强度略有下降，热处理后，添加B元素的试样在几乎没有牺牲强度的情况下，伸长率再次获得提升，但是测试的结果标准差偏大，结果的波动范围较大。文献[24]研究了沉积态、去应力退火、热等静压态、真空热处理（与热等静压温度参数一致）以及固溶时效下水平方向试样的拉伸性能，固溶时效的强度最高，热等静压强度最低，但是热等静压可以消除350μm以下的微孔，降低了伸长率的标准差。电弧增材制造TC4钛合金的伸长率一般在竖直方向上优于水平方向，绝大多数的测试结果都表明沉积态下的伸长率难以符合ASTM B381-13标准。电弧增材制造TC4钛合金拉伸性能可以概括为“高强低塑”以及水平方向强度优于垂直方向。一些学者在其他热源类型的钛合金增材制造中，也得出了类似的结论[25—30]，并结合各自的研究结论解释了拉伸性能各向异性的形成原因:在电子束增材制造TC4钛合金中，β晶粒内集束α相沿着晶界αGB形成特定的生长方向以及晶界αGB相与拉伸载荷作用方向的不同[26，28]，是造成拉伸性能水平方向优于垂直方向的原因；针状马氏体α?相过多以及残余的β相过少，均会提高钛合金的抗拉强度，同时会严重降低伸长率[29]；激光和电子束热源易产生的气孔缺陷引起拉伸试样过早失效[27，30]，降低了塑性。以上结论对研究电弧增材制造TC4钛合金力学性能产生各向异性的原因也有一定的启示作用。结合电弧增材制造钛合金的组织可以认为，在含有柱状β晶粒的电弧增材钛合金中，柱状晶是拉伸性能各向异性的主要因素，在一些等轴、接近等轴或柱状、等轴混合形貌的β晶粒中，微观组织的不均匀性被认为是造成拉伸性能存在方向差异的原因，但更深层次的原因尚不明确。