激光3D打印TC4钛合金工件根部裂纹成因分析

刘延辉¹，瞿伟成¹，朱小刚^2,3，王联凤^2,3,4，李崇桂¹，孙靖^2,3，程灵钰^2,3，于治水¹，郭立杰^2,3

1. 上海工程技术大学材料工程学院2. 上海航天设备制造总厂4. 同济大学材料科学与工程学院

摘 要：激光3D打印TC4钛合金工件的根部出现了裂纹。通过分析裂纹的微观特征以及工件的残余应力,分析了裂纹产生的主要原因。结果表明:以高速、微层、微区连续熔凝为特征的激光3D打印,其热输入量较小,打印层对已成型层的退火作用小,导致激光3D打印TC4钛合金工件外表面出现严重的拉应力,最大值达到了640 MPa;同时3D打印过程中存在的飞溅、咬边和熔道不连续等缺陷,会影响下一层铺粉厚度和密度的均匀性,导致微观缺陷的产生,或使得打印工件的性能在微观上不均匀;微观分析显示,裂纹起源和终止于微缺陷处,在扩展过程中有向微缺陷处发展的特征;预热温度不够、严重的残余拉应力、微观缺陷或性能不均匀的共同作用,是导致激光3D打印TC4钛合金工件根部出现裂纹的主要原因。

关键词：TC4钛合金;激光3D打印;裂纹;缺陷;残余应力;预热温度;