電弧增材制造Ti–6Al–4V組織和力學性能調控研究進展

謝 勇，王福德，從保強，嚴振宇，董 鵬

（1. 首都航天機械有限公司，北京 100076；2. 北京航空航天大學機械工程及自動化學院，北京 100191）

電弧增材制造技術

鈦合金（尤其是Ti–6Al–4V）具有比強度高、密度低和耐蝕性好等特點，被廣泛用于制造航空發動機葉片和主承力結構件等[1–2]。基于疲勞裂紋擴展的鈦合金結構設計，是衡量航空結構選材先進程度的一個重要標志[3]。傳統制造鈦合金構件方法（鑄造、鍛造、軋制和切削等）生產周期長，成本高，難以滿足航空工業快速發展需求。

金屬增材制造技術因生產周期短，成本低，獲得了航空工業的極大關注[4–5]。金屬增材制造技術主要是以粉末或金屬絲材為原料，采用熱源（激光、電子束、電弧或超聲波）熔化原料，逐層累加成形，實現構件“近凈成形”[5]。電弧增材制造（Wire arc additive manufacture, WAAM）技術是以電弧為熱源將絲材熔化，依據規劃路徑逐層堆積成形構件。根據熱源不同，電弧增材制造主要分為兩種，包括熔化極氣體保護焊成形和非熔化極氣體保護焊接成形[6–7]。電弧增材制造技術制造成本低、沉積效率高（幾kg/h）、適于制造大型金屬結構件。克蘭菲爾德大學采用電弧實現了大尺寸鈦合金結構件成形，成形尺寸達到1.2m×0.3m×0.2m，降低制造成本約50%（圖1[8]）。挪威鈦業公司制備的電弧增材制造鈦合金結構件，尺寸為0.6m×0.3m×0.3m[9]（圖2[9]）。目前，電弧增材制造技術成為當前航空領域鈦合金構件制造最受關注的技術之一。本文概述電弧增材制造合金Ti–6Al–4V 組織和力學性能調控研究現狀，討論其組織和力學性能調控機理，為其后續組織和力學性能調控提供建議。……