Ti-6Al-4V电弧增材制造改进方法分析.pdfVIP

总第229期山西冶金Total229

2025年第2期ShanxiMetallurgyNo.2,2025

行业纵横DOI:10.16525/14-1167/tf.2025.02.042

Ti-6A1-4V电弧增材制造改进方法分析

赵煜，郭建超²，朱旭²，索叶龙，武晶晶1

（1.西安汉唐分析检测有限公司，陕西西安710201；

2.宝鸡文理学院，陕西宝鸡721016）

摘要：传统制造业制造Ti-6Al-4V具有复杂性高、成本高、废品率高等缺点，一直以来都是Ti-6AI-4V加工制造

的关键挑战。电弧增材制造凭借其况积效率高、成形尺寸不受限等优势广泛用于大型三维构件的快速成形。通过分

析发现，改变金属丝形状可以避免在增材制造过程中产生的大柱状晶，增材制造与传统制造工艺结合还可以大大

提高生产效率，对推动相关行业的发展具有重要意义。

关键词：增材制造；Ti-6Al-4V；混合制造；柱状晶

中图分类号：TG139.6文献标识码：A文章编号：1672-1152(2025)02-0124-02

0引言中,大柱状β晶粒的定向生长会导致各向异性的机械

钛合金因其比强度高、使用温度范围广、耐腐蚀性能。在需要高承载力的应用中，等轴晶粒更为理想，

性能好等优势在航空航天领域得到广泛应用[1。作为如在抗疲劳、韧性、塑性等方面,并提供近乎各向同性

应用最为广泛的钛合金，Ti-6A1-4V钛合金的制造技的机械性能。

术备受关注。传统制造技术往往需要经过繁琐且复杂一种主动的β晶粒细化方法通过在沉积过程中进

的加工步骤,且相关的减材制造过程不仅费时费力,还行层间轧制或锤击来改变Ti-6A1-4V的纹理。因此，

会造成大量的材料切削损耗，甚至无法满足其复杂的在每次沉积步骤中结合电弧增材制造技术和锤击细

结构设计需求。电弧增材制造以电弧为热源、以丝材化旨在实现晶粒细化。锤击细化是一种表面处理技术，

为原料，材料和设备成本更低、沉积速率更高（约50~会在表面区域引入临界解析剪应力,导致塑性变形和

100g/min),适用于大中型复杂部件的生产制造[3]。通过晶粒细化。因最小化能量密度有助于提高晶粒细化的

使用具有锤击的C型填充丝可以解决形成大柱状晶效率，所以引人型填充丝是一种提高沉积速率和整

的问题，还能运用混合工艺来解决大量加工的问题。体生产率的创新策略。C型填充丝的宽阔和特殊表面

1晶粒细化几何形状是减轻高电弧能量对焊池影响的有效手段，

增材制造技术凭借着特有的全数字化、凝固速度可以显著提高各种工业应用中的焊接效果和生产效

快和近净成形复杂零部件的独特优势，为金属基材料率。C型填充丝的设计旨在促进高效熔化,同时将先

的制备提供一种极具潜力的新方法[4-5],该方法是一前沉积层的能量密度最小化，而锤击对沉积层塑性变

种采用材料逐层累加的方式制造实体零件的技术[6],形时,会导致变形区域内产生异常细化和等轴晶粒。

增材制造目前主要用于制备钢、钛合金、高合金、复使用商业填充丝(R型)β晶粒正常生长,但在使

合材料和形状记忆合金等材料。随着增材制造技术用C型填充丝时柱状β晶粒显著减少。这是由于℃

的不断进步,能够快速成形精密复杂的结构部件。但型填充丝可以有效降低沉积过程中的能量密度，从

是增材制造技术在生产Ti-6A1-4V过程中，由于热梯而使得晶粒生长最小化,并且在保持沉积速度率的情

度较大导致在沉积过程中发生大柱状β晶粒优先生况下，熔化过程中伴随着巨大热能，可能重新形成柱

长，这是外延生长和定向冷却的结果，需要注意的是，状β晶粒粗化。因此通过锤击与C型填充丝相结合能

过大的电弧热输入会加剧熔池的拓宽和加深,从而加够更好地增强电弧增材制造技术中的晶粒细化效率。

剧β晶粒的生长。