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粉末冶金等低成本制造技术颠覆传统工艺制造

发布时间：2015/1/16 0:08:19

据美国《Advanced Materials & Processes》期刊2014年第2期报道]由于采用传统工艺制造钛合金零件成本高，包括增材制造技术在内的粉末冶金（PM）等钛合金构件低成本制造技术研究日益活跃。《Additive Manufacturing of Titanium Alloys》一文对钛合金Ti-6Al-4V增材制造技术在航天航空工业等领域的*新进展进行了总结。

首先，对金属增材制造技术的类别及特点进行了分析。依据美国试验材料学会（ASTM）定义，金属增材制造技术分为定向能量沉积（DED）和粉末熔覆（PBF）两类。定向能量沉积技术有直接金属沉积技术（DMD）、激光近净成形技术（LENS）、直接制造技术（DM）等。粉末熔覆技术有选择性激光烧结技术（SLS）、直接金属激光烧结技术（DMLS）、选择性激光熔融技术（SLM）、电子束熔融技术（EBM）、激光快速成形技术等。

其次，对金属增材制造技术的*新应用进展进行了总结。大多数金属增材制造零件需要进行精加工处理。定向能量沉积技术可用于全功能钛合金新零件的制造、涂层制备、再制造以及受损零件的修复等。随后，对增材制造钛合金Ti-6Al-4V零件的微观组织及力学性能进行了分析。与传统加工工艺（铸造、锻造以及锻造退火）制造的材料相比，采用DMD、LENS、DMLS、EBM等技术制造的材料屈服强度和抗拉强度更高或相当，采用DMD、LENS、DMLS等激光增材制造技术制造的材料由于马氏体的形成而韧性较差些。但是，材料的韧性可以通过后续的热等静压处理（HIP）或热处理加以改善。例如，直接金属激光烧结技术（DMLS）制造的零件抗拉强度超过了1200兆帕，而传统工艺制造的零件抗拉强度则不到900兆帕。与激光增材制造的Ti-6Al-4V相比，EBM技术制造的Ti-6Al-4V由于残余应力较低而韧性更好。与传统加工工艺（铸造、锻造）制造的材料相比，增材制造的Ti-6Al-4V疲劳强度相近。可见，与传统工艺制造的钛合金零件相比，增材制造钛合金零件的力学性能更好或相当。

*后，对增材制造技术的经济优势进行了论述。通过优化设计，增材制造技术可实现零件减重和降低制造成本，经济效益显著，将对航天航空工业的发展产生重要影响。零件减重比较典型的例子就是商业客机的座椅安全带扣的制造。通过大量的有限元分析改进了该空心结构件的设计，确保该结构件具有足够的抗冲击强度；随后，通过DMLS技术制造Ti-6Al-4V座椅安全带扣，比传统的钢制安全带扣减重85g，减重率55%。另外，橡树岭国家实验室（ORNL）利用电子束熔融技术制造了联合攻击战斗机（JSF）发动机Ti-6Al-4V放气泄露检查（BALD）支架，成本大约可节省50%。在维修方面，直接金属沉积技术修复航天航空钛合金零部件可节省成本60~80%。