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Ti-6Al-4V金属粉末快速成形标准解析——质量性能要求
发布时间:2017-03-17 丨 阅读次数:2605

Ti-6Al-4V(TC4)钛合金是目前在快速成形技术中应用最多的金属材料,Ti-6Al-4V钛合金具有密度低、强度高、耐热及耐腐蚀性能好、生物相容性优异等优点。在快速成形技术的发展和应用普及过程中,缺乏相应的技术标准已经是限制其快速发展和应用普及的重要因素之一。统一的技术标准有助于使快速成形零件质量更可靠,更容易被用户接受和应用普及,工艺过程和质量更加稳定,也有助于降低快速成形零件的生产成本。充分了解TC4快速成形零件质量标准和要求对生产商和用户都是十分必要的。本文结合最新的ASTM F2924-14《Ti-6Al-4V 粉末熔化粉床增材制造标准》为大家分析说明TC4快速成形零件生产过程的质量和性能要求。

1、ASTM F2924-14简介

2009年美国材料与试验协会(ASTM)成立了专门的增材制造技术委员会ASTM F-42,下设试验方法、设计、材料和工艺、人员、术语等分委会。ASTM F2924正是美国材料与试验协会颁布的一项Ti-6Al-4V粉床熔化快速成形技术标准,适用于现有的激光选区熔化快速成形(Selective Laser Melting,SLM)和电子束选区熔化快速成形(Eelectron Beam Additive Manufacturing, EBAM)。目前ASTM F2924已有两个版本,分别是ASTM F2924-12和ASTM F2924-14。ASTM F2924-14与ASTM F2924-12相比在质量等级划分、显微组织要求方面有更新和改进。

2、质量等级的划分

ASTM F2924-14中根据零件的质量要求和不同热处理状态将快速成形零件质量等级分为A、B、C、D、E、F共6个等级,如表1所示。用户可根据不同的需求与快速成形零件制造商通过协商选择合适的质量等级。

1 Ti-6Al-4V快速成形零件质量等级划分

质量等级

Class A

Class B

Class C

Class D

Class E

Class F

热处理要求

SR/ A

A

HIP

WQ+AGE

不要求

SR/ A

3、化学成分要求

ASTM F2924-14中规定,除过Class E以外,粉末快速成形零件的化学成分都应符合表2中的规定,从表中可以看出其化学成分与锻件基本相同。

2 Ti-6Al-4V粉末快速成形零件化学成分要求

材料牌号

主要化学成分要求/%

Al

V

Fe

O

C

N

H

ASTM F2924

5.5-6.75

3.5-4.5

0.3

0.2

0.08

0.05

0.015

B348 Gr5(锻件)

5.5-6.75

3.5-4.5

0.4

0.2

0.08

0.05

0.015

B367 C-5(铸件)

5.5-6.75

3.5-4.5

0.4

0.25

0.1

0.05

0.015


4、拉伸力学性能要求

ASTM F2924-14中规定应分别从X、Y、Z三个制造方向检测快速成形零件的拉伸力学性能,试样的来源可是分别沿三个方向沉积制造拉伸试样,或者是从大的成形零件上截取。X、Y、Z三个方向的拉伸试验性能数值均应符合表3中的规定。从表中我们也可以看出ASTM F2924-14快速成形零件的拉伸性能要求与锻件的性能要求基本差不多。

ASTM F2924-14中规定试样可以是经机械加工的试样,也可以是近净成形的试棒。尽管在平台上不同位置和不同方向力学性能可能会有差异,标准中并没有规定试棒试样的沉积制造的位置,但是ASTM F2971-13中要求拉伸试验时必须注明试样在成形设备内的位置和制造方向。

ASTM F2924-14标准中没有强制规定拉伸试样是应在热处理前还是热处理后,这一点需要供需双方协商确定,但是不管哪一种状态的试样都应该符合表3中的要求。

3 Ti-6Al-4V粉末快速成形零件拉伸性能要求

材料牌号

σb/MPa

σs/MPa

δ/%

ASTM F2924Class ABCD

895

825

10

ASTM F2924Class  E

不要求

不要求

不要求

ASTM F2924Class  F

895

825

6

ASTM B348 Gr5(锻件)

895

828

10

ASTM B367 C-5(铸件)

895

825

6


5、金属微观组织性能要求

ASTM F2924-14标准规定最终完成交付的快速成形零件表面不允许有α污染层,但是在供需双方认可的情况下允许采用适当的后处理措施去除α污染层。ASTM F2924-14标准对于Ti-6Al-4V合金零件微观组织结构并没有强制性规定,比如α相是否可以是针状、片层状、等轴、或网篮状组织,以及是否允许初生β晶界上有连续的α相,柱状晶的尺寸等,这些需要供需方协商确定。

6、热处理和交货状态要求

如表1所示。

7、无损探伤和其他性能检测

除以上要求外,ASTM F2924-14对快速成形零件表面质量和内部质量并没有强制要求。标准中提到如果用户有上述需求可以与制造商通过协商进行液体渗透 、射线探伤、硬度检测、断裂韧性试验、疲劳试验、裂纹扩展速率试验等。

8、结束语

目前在我国快速成形技术处于快速发展中,金属直接沉积以及钛合金激光快速成形大型关键、重要承力部件已经在飞机上使用和试验,相信快速成形标准能够加速这项技术在各个领域的发展和应用普及。

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