Ti-6Al-4V(Ti64)的增材制造(AM)因其工业相关性而引起了广泛的研究。增材制造方法能够以接近最终成型的方式生产具有复杂几何形状的零部件，规避了Ti64可加工性差的问题。AM Ti64材料通常易受到微观结构的影响，AM工艺引起的缺陷（特别是孔隙率）会改变机械性能或破坏耐腐蚀性。由于每种工艺产生的微观结构不同，材料的机械性能可能会有很大差异。与选择性激光熔化（SLM）相关的高冷却速率往往会产生比传统制造的退火Ti64更强的材料，但在制造状态下更脆，这归因于α'马氏体相。SLM Ti64 通常太脆而不能成为真正的工程材料，因此几乎总是在使用前进行热处理。即使在比较通过相同技术和相似工艺参数生产的材料时，由于AM工艺的高度可变性，材料结构和响应也会有很大差异。因此，基于不同工艺的共同结果的一般指导方针通常不足以真正优化工艺和结构。增材制造微观结构的每个特征如何影响材料响应的不同方面仍需进一步探索。

美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的一项最新研究通过比较电子束熔化成型（EBM）制备的Ti64试样与不同参数下SLM Ti64试样的拉伸性能，评估哪些微观结构特征对AM Ti64的屈服强度、均匀伸长率和断裂发生最为关键。相关论文以题为“Critical differences between electron beam melted and selective laser melted Ti-6Al-4V”发表在Materials & Design。

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本文使用不同尺寸金属粉制备试样，分别为粗粉（CP）、细粉（FP）和具有较厚矩形板几何形状的细粉（FPT）。研究发现，在EBM制备的材料中，粉末尺寸似乎不会直接影响拉伸性能，屈服强度均处于853-899MPa之间，延展性均存在较大差异。EBM材料与CP、FP和FPT样品的拉伸性能没有表现出一致的变化，在每种粉末尺寸内具有相似的平均性能和较大分散性。发现CP和FP样品之间的孔隙率相似，分析决定屈服强度的最关键特征是β相得以保留，其次是α和β相中的位错和缺陷密度以及α板条间距。决定均匀伸长率和最大失效应变的重要特征是存在保留的β相和初始缺陷密度。

图1 EBM和SLM Ti64的拉伸性能

图2 EBM Ti64的α-β 结构

图3 EBM-CP样品中孔隙（红色）的X射线断层图

图4 EBM-CP垂直样品的断口形貌

图5 EBM-CP中初始微观结构的明场TEM图

本文评估不同方法制备的Ti64的拉伸性能，并对用粗粉构建的EBM Ti64进行了详细的微观结构分析，与SLM Ti64的微观结构进行比较。当总孔隙率较低时，构建方向对延展性和失效应变的影响较低，这是因为织构和原β晶粒形态对延展性的影响不如Ti64中保留的β相和板条α相的影响。虽然EBM Ti64与SLM Ti64相比在延展性方面存在一定改善，但从设计的角度来看，除非进一步改善孔隙率，否则不能认为EBM材料具有更高的拉伸性能。在EBM试样中，粗粉样品和细粉样品表现出相似的平均延展性和强度，但性能上分散度很大。虽然这项研究的重点是确定SLM和EBM Ti64材料之间的主要差异，但在适当的微观结构比较下，本文方法可以推广到其他AM方法生产的材料。（文：破风）