人工植入缺陷對增材制造TC4鈦合金性能的影響規律

王繼航， 蔡雨升， 姜沐池， 任德春， 吉海賓， 雷家峰， 肖旋

（1.沈陽理工大學材料科學與工程學院， 沈陽 110159； 2.中國科學院金屬研究所， 沈陽 110016）

鈦合金與其他金屬相比較具有密度低、比強度高、耐蝕性和生物相容性好等優點[1-2]，然而鈦合金的熔點高、元素活性大、變形抗力大等特性又導致鈦合金零件具有加工困難、成本高昂等缺點[3-7]。增材制造技術又稱3D打印，該技術是以高能激光或電子束等作為能量源，以金屬粉末或絲材作為原材料，通過對金屬逐點掃描熔化、逐行掃描搭接和逐層掃描堆積，可以實現復雜結構和形狀零部件的直接成形，解決鈦合金加工困難的問題[8-12]。其中，激光選區熔化（Selective Laser Melting, SLM）技術被認為是金屬增材制造領域最具發展潛力和應用前景的加工技術之一[13]。

SLM制造過程中激光快速移動會導致輸入能量產生波動，同時所使用金屬粉末內部可能存在有制備預合金粉末過程殘留的氣體，因此會導致制備的零部件內部不可避免出現不同類型、形狀和尺寸的加工缺陷[14]，這些缺陷在一定程度上對成形件綜合性能是有害的。

近年來，增材制造成形工藝參數對成形合金內部缺陷類型、尺寸和數量影響及其進一步對成形件力學性能等的影響已有研究報道。相關研究結果表明，增材制造成形件內部的缺陷主要為氣孔和未熔合孔洞缺陷（Lack of Fusion，LOF）[15]，其中，LOF缺陷尺寸比氣孔大，且形態不規則，其尖銳邊界存在的應力集中是導致材料機械性能惡化的主要因素[16-20]。……