Ti-6Al-4V金屬粉末快速成形標(biāo)準(zhǔn)解析—質(zhì)量性能要求
閱讀次數(shù):4002 發(fā)布時間:2017-03-17
Ti-6Al-4V(TC4)鈦合金是目前在快速成形技術(shù)中應(yīng)用最多的金屬材料,Ti-6Al-4V鈦合金具有密度低、強(qiáng)度高、耐熱及耐腐蝕性能好、生物相容性優(yōu)異等優(yōu)點。在快速成形技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用普及過程中,缺乏相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)是限制其快速發(fā)展和應(yīng)用普及的重要因素之一。統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有助于使快速成形零件質(zhì)量更可靠,更容易被用戶接受和應(yīng)用普及,工藝過程和質(zhì)量更加穩(wěn)定,也有助于降低快速成形零件的生產(chǎn)成本。充分了解TC4快速成形零件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和要求對生產(chǎn)商和用戶都是十分必要的。本文結(jié)合最新的ASTM F2924-14《Ti-6Al-4V 粉末熔化粉床增材制造標(biāo)準(zhǔn)》為大家分析說明TC4快速成形零件生產(chǎn)過程的質(zhì)量和性能要求。
1、ASTM F2924-14簡介
2009年美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)成立了專門的增材制造技術(shù)委員會ASTM F-42,下設(shè)試驗方法、設(shè)計、材料和工藝、人員、術(shù)語等分委會。ASTM F2924正是美國材料與試驗協(xié)會頒布的一項Ti-6Al-4V粉床熔化快速成形技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),適用于現(xiàn)有的激光選區(qū)熔化快速成形(Selective Laser Melting,SLM)和電子束選區(qū)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(zhì)量等級劃分、顯微組織要求方面有更新和改進(jìn)。
2、質(zhì)量等級的劃分
ASTM F2924-14中根據(jù)零件的質(zhì)量要求和不同熱處理狀態(tài)將快速成形零件質(zhì)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(jù)不同的需求與快速成形零件制造商通過協(xié)商選擇合適的質(zhì)量等級。
表1 Ti-6Al-4V快速成形零件質(zhì)量等級劃分
3、化學(xué)成分要求
ASTM F2924-14中規(guī)定,除過Class E以外,粉末快速成形零件的化學(xué)成分都應(yīng)符合表2中的規(guī)定,從表中可以看出其化學(xué)成分與鍛件基本相同。
表2 Ti-6Al-4V粉末快速成形零件化學(xué)成分要求
4、拉伸力學(xué)性能要求
ASTM F2924-14中規(guī)定應(yīng)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(xué)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(shù)值均應(yīng)符合表3中的規(guī)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(guī)定試樣可以是經(jīng)機(jī)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(xué)性能可能會有差異,標(biāo)準(zhǔn)中并沒有規(guī)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(shè)備內(nèi)的位置和制造方向。
ASTM F2924-14標(biāo)準(zhǔn)中沒有強(qiáng)制規(guī)定拉伸試樣是應(yīng)在熱處理前還是熱處理后,這一點需要供需雙方協(xié)商確定,但是不管哪一種狀態(tài)的試樣都應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(rèn)可的情況下允許采用適當(dāng)?shù)暮筇幚泶胧┤コ廖廴緦?。ASTM F2924-14標(biāo)準(zhǔn)對于Ti-6Al-4V合金零件微觀組織結(jié)構(gòu)并沒有強(qiáng)制性規(guī)定,比如α相是否可以是針狀、片層狀、等軸、或網(wǎng)籃狀組織,以及是否允許初生β晶界上有連續(xù)的α相,柱狀晶的尺寸等,這些需要供需方協(xié)商確定。
6、熱處理和交貨狀態(tài)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(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量并沒有強(qiáng)制要求。標(biāo)準(zhǔn)中提到如果用戶有上述需求可以與制造商通過協(xié)商進(jìn)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(kuò)展速率試驗等。
8、結(jié)束語
目前在我國快速成形技術(shù)處于快速發(fā)展階段,金屬直接沉積以及鈦合金激光快速成形大型關(guān)鍵、重要承力部件已經(jīng)在飛機(jī)上使用和試驗,相信快速成形標(biāo)準(zhǔn)能夠加速這項技術(shù)在各個領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用普及。
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