摘要
Ti-1Al-8V-5Fe(Ti185)合金作为一种典型超高强度亚稳β钛合金在20世纪50年代被美国开发，但采用传统的熔炼方法制备时，易产生铁元素偏析，形成“β”斑，严重降低合金的力学性能。通常情况下，该合金需采用多次熔炼、热变形加工、后续热处理等方法来防止这种成分偏析，增加了制备工序和成本，同时也不利于制备该合金的复杂构件。增材制造技术具有微熔池、高冷却速率、无模具、周期短、适合多材料打印等一系列优点，有望制备成分均匀的Ti185合金。基于此，本论文以等离子旋转电极雾化法(Plasma rotating electrode process,PREP)制备的球形Ti185合金粉末为原料，粒径分布为60～150μm,利用粉末床熔融增材制造技术，包括激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术和电子束选区熔化(Selective electron beam melting,SEBM)技术，获得致密度为99％以上的样品，采用XRD,SEM,EBSD,TEM对其组织和万能材料试验机对其力学性能进行系统表征。主要研究成果如下: (1)SLM和SEBM成形Ti185合金内部均未发现铁元素偏析，即未形成“β”斑，说明以微熔池、高冷却速率为特征的SLM和SEBM适合制备Ti185合金。 (2)由于采用的粉末粒径较大，SLM技术制备Ti185合金产生宏观裂纹，通过采用重熔工艺，即激光选区重熔(Selective laser re-melting,SLR)有效消除了宏观裂纹。SLM和SLR制备Ti185合金内部为β等轴晶，晶内分布纳米α相和ω相。SLR制备的Ti185合金晶粒尺寸和α相含量高于SLM,导致前者的抗压强度和断裂应变均低于后者。 (3)获得SEBM成形致密度为99.7％的Ti185合金的工艺参数:扫描电流6mA,扫描速度1.4mm/s,线间距0.1mm。SEBM成形Ti185合金显微组织为β柱状晶内部分布微米级及纳米级α，粉床的保温作用消除了 ω。在以上因素的影响下，获得了 SEBM成形高强Ti185合金，抗拉强度达到1244±20 MPa,断后伸长率为3.7±0.25％。 (4)分别研究了 α稳定元素(O)和β稳定元素(W)对SEBM成形Ti185合金显微组织的影响。氧含量由0.15％提高到0.4％。氧含量的增加并未提高SEBM成形Ti185合金的抗拉强度(1240±9MPa)和断后伸长率(4±0.3％)，但降低了抗拉强度的偏差性。通过添加10％的W元素，获得了 SEBM成形Ti185+W的等轴状显微组织，晶粒尺寸显著细化。
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