供稿人:魏超 李涤尘 发布日期：2018-06-17
钛合金应用广泛，但其制造成本较高，采用增材制造方式的钛合金可以很好地解决这一问题。但很少有人研究各向异性的微观结构和宏观的力学性能之间的关系。宾夕法尼亚大学的Beth E.Carroll等人研究了增材制造的钛合金各向异性的力学性能。
钛合金试样分为纵向和横向，纵向试样拉伸轴和构建方向垂直，横向试样拉伸轴和构建方向平行，而且横向钛合金的上部和下部的氧含量也不同，通过对两种钛合金进行单轴拉伸实验，测量结果如图1和表1所示，可以看出打印的钛合金力学性能各向异性。
图1 应力-应变曲线
表1 力学性能测量结果
为分析微观组织和力学性能之间的关系，使用CT和原子力显微镜得到试样的微观组织图。图2反映的是两个试样的微观组织图，图a试样取自十字型组件接近底部的位置（氧含量高），图b试样取自十字型组件接近顶部的位置（氧含量低）；图3为各向异性的微观结构图。
图2（a）微观组织有薄层魏氏组织和少量的相晶界（b）板条结构变化和稍粗的魏氏组织片层
图3 (a)微观图，箭头指向构建方向（b）先晶界轮廓（c）插图b的放大图，当应力沿着纵向方向，也即应力垂直于晶界，相晶界将会发生I型裂纹扩展（d）插图b的放大图，当应力沿着横向方向或构建方向，平行于长的先晶界，相晶界将不会发生I型裂纹扩展
实验结果表明3D打印钛合金的力学性能各向异性，且其性能与组件冷却热过程及氧含量也有关系。因此在研究3D打印钛合金时要注意构建方向的不同，以及组件高度及打印过程中的氧含量等因素，本文从材料机理方向为打印优良性能的钛合金提供了参考。