Ti-4Al-3V（TC4）钛合金是一种中等强度的两相钛合金，拥有强度高、密度低、耐侵蚀机能优良等 特点[1]，在航空航天、船舶等领域有着宽泛利用
。随着现代航空航天等领域在高载荷、高点火效能等方 面需要的提高，钛合金必要拥有更高的硬度、强度、抗蠕变机能等以满足使用需要[2-3]
。目前铸态和锻 态迪胙合金在抗拉强度、强塑机能等方面与航空航天等领域的利用需要依然有差距[4]，而选取3D打印即 急剧成型技术能够实现钛基复合伙料的加工，该技术以数字模型文件为基础，使用金属粉末等可粘合伙料在 激光热输入作用下逐层打印来获取所必要的成形件[5-6]，拥有出产效能高、造作矫捷以及可打印复杂形 状零部件等的利益，在现代航空航天、船舶等领域有着优良利用远景[7]
。在此基础上，本文尝试性选取 3D打印技术造备了分歧Ｃ含量（质量分数）的Ti-4Al-3V-ｘＣ钛合金（ｘ＝0， 0.12，0.23，0.39和0.62），对比分析了分歧Ｃ含量钛合金的显微组织、硬度、蠕变机能和拉伸机能 ，了局将有助于高综合机能迪胙合金复合伙料的开发，并推动其在更宽泛领域的利用
。

1、试验资料与步骤

1.1　试验资料

试验原料为粒径125μm的Ti-4Al-3V（TC4）钛合金粉末、粒径60μm的Ｃ粉，纯度都为99.８％
。

1.2　造备步骤

为了造备分歧Ｃ含量的Ti-4Al-3Ｖ-ｘＣ钛合金（ｘ＝0，0.12，0.23，0.39和0.62， 质量分数，下同），按成分配置将粉末置于行星球磨机中，以350ｒ／ｍｉｎ速度混合均匀后喷入气溶胶 （体积分数2.８％的聚乙烯醇）持续搅拌15ｍｉｎ，得到混合粉末预聚体[８]
。别离选取ＹＡＧ激光器 和ＣＯ2激光器3Ｄ打印钛合金（激光立体成形），其中，ＹＡＧ激光器的功率为1kW、脉宽7ms、频 率15Hz、光斑直径1mm、扫描速度3mm/ｓ、载气流量6L/min、送粉量4g/min，CO2激光器的功率为 1.5ｋＷ、光斑直径2mm、扫描速度10mm／ｓ、载气流量6L/min、送粉量4g/min
。

1.3　测试步骤

选取线切割步骤切割块状试样，磨抛和Ｋｒｏｌｌ试剂侵蚀后选取ＪＥＯＬ
。剩樱-6400型扫描电镜 观察显微描摹并用能谱仪测试成分
；使用ＤＵＨ-222Ｂ型纳米压痕仪测试纳米硬度，加载载荷和速度别离 为1.96ｍＮ和45ｍＮ/ｓ，保压功夫节造在40ｓ，别离得到硬度、弹性模量、蠕变等了局[9]
；拉伸性 能使用纳克ＧＮＴ300电子拉伸试验机进行测试，温度为室温，了局取6根试样均匀值，拉伸速度为1mm /min
。

2、试验了局与分析

图1为分歧造备工艺下激光3Ｄ打印Ti-4Al-3Ｖ-0.62Ｃ钛合金的显微组织
。对比分析可知，选取ＹＡ Ｇ激光器和CO2激光器3Ｄ打印钛合金的显微组织存在显著差距，固然在凝固后纤维组织中都存在亮白色 的ＴｉＣ颗粒，但是ＴｉＣ颗粒的尺寸、散布和面积分数都分歧
。

其中，选取ＹＡＧ激光器3D打印钛合金中的TiC颗粒尺寸藐幼、散布均匀，而CO2激光器3Ｄ打 印钛合金中的TiC颗粒尺寸较大、数量较幼
。整体而言，选取ＹＡＧ激光器3Ｄ打印钛合金中的TiC颗粒尺寸和散布切合预期要求[10]，后续重要选取ＹＡＧ激光器3Ｄ打印
。

图2为激光3Ｄ打印钛合金的载荷-位移曲线和力学机能，别离列出了Ｃ含量为0.12％、0.23％、 0.39％和0.62％时钛合金的载荷-位移曲线、硬度和弹性模量
。从图2（ａ）的载荷-位移曲线可知，随着 钛合金中Ｃ含量增长，纳米压痕深度逐步减幼，且含Ｃ迪胙合金的纳米压痕深度都幼于不含Ｃ迪胙合金， 由此可见，在钛合金中参与Ｃ有助于减幼纳米压痕深度
。从图2（ｂ）的硬度和弹性模量测试了局看，增长Ｃ 迪胙合金的硬度和弹性模量都高于未增长Ｃ迪胙合金，且随着Ｃ含量从0.12％增长至0.62％，含Ｃ 钛合金的硬度和弹性模量逐步增长，在Ｃ含量为0.62％时，含Ｃ钛合金的硬度从2.72ＧＰａ增长至4.2８Ｇ Ｐａ，弹性模量从70.3ＧＰａ增长至100.9ＧＰａ，这重要是由于在钛合金中参与Ｃ能够起到固溶强化和 析出强化作用[11-12]，且Ｃ含量越高则3Ｄ打印钛合金中ＴｉＣ的析出量会越多，第二相强化作用愈发 显著，硬度提升的同时弹性模量增大[13]
。

 图3为激光3Ｄ打印钛合金的蠕变机能测试了局，别离列出了荷载-位移、蠕变深度-保压功夫和蠕 变速度-保压功夫曲线
。从图3（ａ）的荷载-位移曲线可知，含Ｃ迪胙合金的蠕变深度都幼于不含Ｃ的 钛合金，且随着Ｃ含量增长，蠕变深度出现逐步减幼趋向，可见在钛合金中参与Ｃ能够肯定水平上提升其抗 蠕变机能
；从图3（ｂ）的蠕变深度-保压功夫曲线可知，随着保压功夫的耽搁，分歧Ｃ含量迪胙合金的蠕 变深度都出现逐步增长的趋向，但是在一样保压功夫下，含Ｃ钛合金的蠕变深度都幼于不含Ｃ钛合金，且Ｃ 含量越高则钛合金的蠕变深度越幼
。从图3（ｃ）的蠕变速度-保压功夫曲线可知，随着保压功夫的耽搁 ，分歧Ｃ含量迪胙合金的蠕变速度都出现逐步减幼的趋向，在一样保压功夫下，不含Ｃ钛合金的蠕变速度 最大
。整体而言，在钛合金中参与Ｃ能够有助于资料抗蠕变机能提升
。

 图3为激光3Ｄ打印钛合金的蠕变机能测试了局，别离列出了荷载-位移、蠕变深度-保压功夫和蠕 变速度-保压功夫曲线
。从图3（ａ）的荷载-位移曲线可知，含Ｃ迪胙合金的蠕变深度都幼于不含Ｃ的 钛合金，且随着Ｃ含量增长，蠕变深度出现逐步减幼趋向，可见在钛合金中参与Ｃ能够肯定水平上提升其抗 蠕变机能
；从图3（ｂ）的蠕变深度-保压功夫曲线可知，随着保压功夫的耽搁，分歧Ｃ含量迪胙合金的蠕 变深度都出现逐步增长的趋向，但是在一样保压功夫下，含Ｃ钛合金的蠕变深度都幼于不含Ｃ钛合金，且Ｃ 含量越高则钛合金的蠕变深度越幼
。从图3（ｃ）的蠕变速度-保压功夫曲线可知，随着保压功夫的耽搁 ，分歧Ｃ含量迪胙合金的蠕变速度都出现逐步减幼的趋向，在一样保压功夫下，不含Ｃ钛合金的蠕变速度 最大
。整体而言，在钛合金中参与Ｃ能够有助于资料抗蠕变机能提升
。

合金的位错密度都高于不含Ｃ钛合金，且含Ｃ钛合金的位错密度随着Ｃ含量增长逐步增大，在Ｃ含量 为0.62％时达到最大值（9.21×10¹²ｃｍ^－2）
。这重要是由于随着Ｃ含量增长，钛合金的硬度最大， 压头压入过程中形成的加工硬化成效愈发显著[14]，塑性变形过程中位错会不休增殖而使得位错密度升高 
。但是钛合金中Ｃ含量并不是越高越好，若是Ｃ含量过高，硬度增长的同时会肯定水平上影响塑性和韧性，因而，必要找到相宜的Ｃ增长量以实现优良的强塑性和韧性结合
。

图5为激光3Ｄ打印钛合金的拉伸机能测试了局
。从图5（ａ）的应力-应变曲线可知，含Ｃ和不含Ｃ 钛合金的应力-应变曲线都较为类似，都存在弹性变形、屈服和强化阶段，断裂时不含Ｃ迪胙合金应变最 大，而Ｃ含量越高则钛合金断裂时的应变越幼，相应地塑性越差
；从图5（ｂ）的强度和断后伸长率测 试了局可知，含Ｃ钛合金的抗拉强度和屈服强度都高于不含Ｃ钛合金，而断后伸长率都低于不含Ｃ钛合金 ，尤其是当Ｃ含量增长至0.39％及以上时，含Ｃ钛合金的断后伸长率降落较为显著
。当Ｃ含量为0.23％ 时，3D打印钛合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率别离为1　07８ＭＰａ、921ＭＰａ和11.6％，高 于铸造TC4钛合金（抗拉强度≥８60ＭＰａ、屈服强度≥75８ＭＰａ、断后伸长率≥８％）和锻态 TC4钛合金（抗拉强度≥930ＭＰａ、屈服强度≥８60ＭＰａ、断后伸长率≥10％），拥有相对较好的 综合机能
。

 图6为激光3D打印Ti-4Al-3V-0.23Ｃ钛合金的显微组织
？杉，在钛合金内部存在不规定形 状的棒状或者片状析出物，能谱分析批注其重要含有Ｔｉ和Ｃ元素，结合文件可知，这些不规定状态的 析出物为TiC，在钛合金中能够起到颗粒加强作用，但是较大尺寸的TiC会形成裂纹源而降低塑性 
。结合前述的测试了局可知，在钛合金中参与Ｃ，其中一部门Ｃ会以固溶大局存在并起到固溶强化作用 ，而另一部门Ｃ则会与Ｔｉ产生反映而形成状态不规定的TiC，藐幼弥散的颗粒状TiC能够起 到颗粒强化作用，而较大尺寸的TiC则会产生应力集中并萌生裂纹而降低塑性和韧性
。

3、结论

1）随着钛合金中Ｃ含量增长，纳米压痕深度逐步减幼，且含Ｃ迪胙合金的纳米压痕深度都幼于不含 Ｃ迪胙合金，由此可见，在钛合金中参与Ｃ有助于减幼纳米压痕深度
。

2）含Ｃ钛合金的位错密度都高于不含Ｃ钛合金，且含Ｃ钛合金的位错密度会随着Ｃ含量升高而逐步增 大，在Ｃ含量为0.62％时位错密度达到9.21×1012ｃｍ－2
。

3）含Ｃ钛合金的抗拉强度和屈服强度都高于不含Ｃ钛合金，而断后伸长率都低于不含Ｃ钛合金， 尤其是当Ｃ含量增长至0.39％及以上时，含Ｃ钛合金的断后伸长率降落较为显著
。当Ｃ含量为0.23％时， 3Ｄ打印钛合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率别离为1　07８ＭＰａ、921ＭＰａ和11.6％
。

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