Ti-6Al-4V(TC4)鈦合金是目前在快速成形技術中應用最多的金屬材料，Ti-6Al-4V鈦合金具有密度低、強度高、耐熱及耐腐蝕性能好、生物相容性優異等優點。在快速成形技術的發展和應用普及過程中，缺乏相應的技術標準已經是限制其快速發展和應用普及的重要因素之一。統一的技術標準有助于使快速成形零件質量更可靠，更容易被用戶接受和應用普及，工藝過程和質量更加穩定，也有助于降低快速成形零件的生產成本。充分了解TC4快速成形零件質量標準和要求對生產商和用戶都是十分必要的。本文結合最新的ASTM F2924-14《Ti-6Al-4V 粉末熔化粉床增材制造標準》為大家分析說明TC4快速成形零件生產過程的質量和性能要求。

1、ASTM F2924-14簡介

2009年美國材料與試驗協會（ASTM）成立了專門的增材制造技術委員會ASTM F-42，下設試驗方法、設計、材料和工藝、人員、術語等分委會。ASTM F2924正是美國材料與試驗協會頒布的一項Ti-6Al-4V粉床熔化快速成形技術標準，適用于現有的激光選區熔化快速成形（Selective Laser Melting，SLM）和電子束選區熔化快速成形（Eelectron Beam Additive Manufacturing, EBAM）。目前ASTM F2924已有兩個版本，分別是ASTM F2924-12和ASTM F2924-14。ASTM F2924-14與ASTM F2924-12相比在質量等級劃分、顯微組織要求方面有更新和改進。

2、質量等級的劃分

ASTM F2924-14中根據零件的質量要求和不同熱處理狀態將快速成形零件質量等級分為A、B、C、D、E、F共6個等級，如表1所示。用戶可根據不同的需求與快速成形零件制造商通過協商選擇合適的質量等級。

表1 Ti-6Al-4V快速成形零件質量等級劃分

3、化學成分要求

ASTM F2924-14中規定，除過Class E以外，粉末快速成形零件的化學成分都應符合表2中的規定，從表中可以看出其化學成分與鍛件基本相同。

表2 Ti-6Al-4V粉末快速成形零件化學成分要求

4、拉伸力學性能要求

ASTM F2924-14中規定應分別從X、Y、Z三個制造方向檢測快速成形零件的拉伸力學性能，試樣的來源可是分別沿三個方向沉積制造拉伸試樣，或者是從大的成形零件上截取。X、Y、Z三個方向的拉伸試驗性能數值均應符合表3中的規定。從表中我們也可以看出ASTM F2924-14快速成形零件的拉伸性能要求與鍛件的性能要求基本差不多。

ASTM F2924-14中規定試樣可以是經機械加工的試樣，也可以是近凈成形的試棒。盡管在平臺上不同位置和不同方向力學性能可能會有差異，標準中并沒有規定試棒試樣的沉積制造的位置，但是ASTM F2971-13中要求拉伸試驗時必須注明試樣在成形設備內的位置和制造方向。

ASTM F2924-14標準中沒有強制規定拉伸試樣是應在熱處理前還是熱處理后，這一點需要供需雙方協商確定，但是不管哪一種狀態的試樣都應該符合表3中的要求。

表3 Ti-6Al-4V粉末快速成形零件拉伸性能要求

5、金屬微觀組織性能要求

ASTM F2924-14標準規定最終完成交付的快速成形零件表面不允許有α污染層，但是在供需雙方認可的情況下允許采用適當的后處理措施去除α污染層。ASTM F2924-14標準對于Ti-6Al-4V合金零件微觀組織結構并沒有強制性規定，比如α相是否可以是針狀、片層狀、等軸、或網籃狀組織，以及是否允許初生β晶界上有連續的α相，柱狀晶的尺寸等，這些需要供需方協商確定。

6、熱處理和交貨狀態要求

如表1所示。

7、無損探傷和其他性能檢測

除以上要求外，ASTM F2924-14對快速成形零件表面質量和內部質量并沒有強制要求。標準中提到如果用戶有上述需求可以與制造商通過協商進行液體滲透 、射線探傷、硬度檢測、斷裂韌性試驗、疲勞試驗、裂紋擴展速率試驗等。

8、結束語

目前在我國快速成形技術處于快速發展階段，金屬直接沉積以及鈦合金激光快速成形大型關鍵、重要承力部件已經在飛機上使用和試驗，相信快速成形標準能夠加速這項技術在各個領域的發展和應用普及。