Ti-4Al-3V（TC4）钛合金是一种中等强度的两相钛合金，，，，，，，，具有强度高、密度低、耐侵蚀性能优异等 特点[1]，，，，，，，，在航空航天、船舶等领域有着普遍应用。。。。。。随着现代航空航天等领域在高载荷、高燃烧效率等方 面需求的提高，，，，，，，，钛合金需要具有更高的硬度、强度、抗蠕变性能等以知足使用需求[2-3]。。。。。。现在铸态和锻 态的钛合金在抗拉强度、强塑性能等方面与航空航天等领域的应用需求仍然有差别[4]，，，，，，，，而接纳3D打印即 快速成型手艺可以实现钛基复合质料的加工，，，，，，，，该手艺以数字模子文件为基础，，，，，，，，运用金属粉末等可粘合质料在 激光热输入作用下逐层打印来获取所需要的成形件[5-6]，，，，，，，，具有生产效率高、制造无邪以及可打印重大形 状零部件等的优点，，，，，，，，在现代航空航天、船舶等领域有着优异应用远景[7]。。。。。。在此基础上，，，，，，，，本文实验性接纳 3D打印手艺制备了差别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），，，，，，，，比照剖析了差别Ｃ含量钛合金的显微组织、硬度、蠕变性能和拉伸性能 ，，，，，，，，效果将有助于高综合性能的钛合金复合质料的开发，，，，，，，，并推动其在更普遍领域的应用。。。。。。

1、试验质料与要领

1.1　试验质料

试验质料为粒径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　制备要领

为了制备差别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），，，，，，，，按因素设置将粉末置于行星球磨机中，，，，，，，，以350ｒ／ｍｉｎ速率混淆匀称后喷入气溶胶 （体积分数2.８％的聚乙烯醇）继续搅拌15ｍｉｎ，，，，，，，，获得混淆粉末预聚体[８]。。。。。。划分接纳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、扫描速率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、扫描速率10mm／ｓ、载气流量6L/min、送粉量4g/min。。。。。。

1.3　测试要领

接纳线切割要领切割块状试样，，，，，，，，磨抛和Ｋｒｏｌｌ试剂侵蚀后接纳ＪＥＯＬ　。。。。。剩樱-6400型扫描电镜 视察显微形貌并用能谱仪测试因素；；；；；；；使用ＤＵＨ-222Ｂ型纳米压痕仪测试纳米硬度，，，，，，，，加载载荷和速率划分 为1.96ｍＮ和45ｍＮ/ｓ，，，，，，，，保压时间控制在40ｓ，，，，，，，，划分获得硬度、弹性模量、蠕变等效果[9]；；；；；；；拉伸性 能使用纳克ＧＮＴ300电子拉伸试验机举行测试，，，，，，，，温度为室温，，，，，，，，效果取6根试样平均值，，，，，，，，拉伸速率为1mm /min。。。。。。

2、试验效果与剖析

图1为差别制备工艺下激光3Ｄ打印Ti-4Al-3Ｖ-0.62Ｃ钛合金的显微组织。。。。。。比照剖析可知，，，，，，，，接纳ＹＡ Ｇ激光器和CO2激光器3Ｄ打印钛合金的显微组织保存显着差别，，，，，，，，虽然在凝固后纤维组织中都保存亮白色 的ＴｉＣ颗粒，，，，，，，，可是ＴｉＣ颗粒的尺寸、漫衍和面积分数都差别。。。。。。

其中，，，，，，，，接纳ＹＡＧ激光器3D打印钛合金中的TiC颗粒尺寸细小、漫衍匀称，，，，，，，，而CO2激光器3Ｄ打 印钛合金中的TiC颗粒尺寸较大、数目较小。。。。。。整体而言，，，，，，，，接纳ＹＡＧ激光器3Ｄ打印钛合金中的TiC颗粒尺寸和漫衍切合预期要求[10]，，，，，，，，后续主要接纳ＹＡＧ激光器3Ｄ打印。。。。。。

图2为激光3Ｄ打印钛合金的载荷-位移曲线和力学性能，，，，，，，，划排列出了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含量增添，，，，，，，，纳米压痕深度逐渐减小，，，，，，，，且含Ｃ的钛合金的纳米压痕深度都小于不含Ｃ的钛合金，，，，，，，， 由此可见，，，，，，，，在钛合金中加入Ｃ有助于减小纳米压痕深度。。。。。。从图2（ｂ）的硬度和弹性模量测试效果看，，，，，，，，添加Ｃ 的钛合金的硬度和弹性模量都高于未添加Ｃ的钛合金，，，，，，，，且随着Ｃ含量从0.12％增添至0.62％，，，，，，，，含Ｃ 钛合金的硬度和弹性模量逐渐增添，，，，，，，，在Ｃ含量为0.62％时，，，，，，，，含Ｃ钛合金的硬度从2.72ＧＰａ增添至4.2８Ｇ Ｐａ，，，，，，，，弹性模量从70.3ＧＰａ增添至100.9ＧＰａ，，，，，，，，这主要是由于在钛合金中加入Ｃ可以起到固溶强化和 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打印钛合金的蠕变性能测试效果，，，，，，，，划排列出了荷载-位移、蠕变深度-保压时间和蠕 变速率-保压时间曲线。。。。。。从图3（ａ）的荷载-位移曲线可知，，，，，，，，含Ｃ的钛合金的蠕变深度都小于不含Ｃ的 钛合金，，，，，，，，且随着Ｃ含量增添，，，，，，，，蠕变深度泛起逐渐减小趋势，，，，，，，，可见在钛合金中加入Ｃ可以一定水平上提升其抗 蠕变性能；；；；；；；从图3（ｂ）的蠕变深度-保压时间曲线可知，，，，，，，，随着保压时间的延伸，，，，，，，，差别Ｃ含量的钛合金的蠕 变深度都泛起逐渐增添的趋势，，，，，，，，可是在相同保压时间下，，，，，，，，含Ｃ钛合金的蠕变深度都小于不含Ｃ钛合金，，，，，，，，且Ｃ 含量越高则钛合金的蠕变深度越小。。。。。。从图3（ｃ）的蠕变速率-保压时间曲线可知，，，，，，，，随着保压时间的延伸 ，，，，，，，，差别Ｃ含量的钛合金的蠕变速率都泛起逐渐减小的趋势，，，，，，，，在相同保压时间下，，，，，，，，不含Ｃ钛合金的蠕变速率 最大。。。。。。整体而言，，，，，，，，在钛合金中加入Ｃ可以有助于质料抗蠕变性能提升。。。。。。

 图3为激光3Ｄ打印钛合金的蠕变性能测试效果，，，，，，，，划排列出了荷载-位移、蠕变深度-保压时间和蠕 变速率-保压时间曲线。。。。。。从图3（ａ）的荷载-位移曲线可知，，，，，，，，含Ｃ的钛合金的蠕变深度都小于不含Ｃ的 钛合金，，，，，，，，且随着Ｃ含量增添，，，，，，，，蠕变深度泛起逐渐减小趋势，，，，，，，，可见在钛合金中加入Ｃ可以一定水平上提升其抗 蠕变性能；；；；；；；从图3（ｂ）的蠕变深度-保压时间曲线可知，，，，，，，，随着保压时间的延伸，，，，，，，，差别Ｃ含量的钛合金的蠕 变深度都泛起逐渐增添的趋势，，，，，，，，可是在相同保压时间下，，，，，，，，含Ｃ钛合金的蠕变深度都小于不含Ｃ钛合金，，，，，，，，且Ｃ 含量越高则钛合金的蠕变深度越小。。。。。。从图3（ｃ）的蠕变速率-保压时间曲线可知，，，，，，，，随着保压时间的延伸 ，，，，，，，，差别Ｃ含量的钛合金的蠕变速率都泛起逐渐减小的趋势，，，，，，，，在相同保压时间下，，，，，，，，不含Ｃ钛合金的蠕变速率 最大。。。。。。整体而言，，，，，，，，在钛合金中加入Ｃ可以有助于质料抗蠕变性能提升。。。。。。

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含量增添逐渐增大，，，，，，，，在Ｃ含量 为0.62％时抵达最大值（9.21×10¹²ｃｍ^－2）。。。。。。这主要是由于随着Ｃ含量增添，，，，，，，，钛合金的硬度最大，，，，，，，， 压头压入历程中形成的加工硬化效果愈发显著[14]，，，，，，，，塑性变形历程中位错会一直增殖而使得位错密度升高 。。。。。。可是钛合金中Ｃ含量并不是越高越好，，，，，，，，若是Ｃ含量过高，，，，，，，，硬度增添的同时会一定水平上影响塑性和韧性，，，，，，，，因此，，，，，，，，需要找到合适的Ｃ添加量以实现优异的强塑性和韧性团结。。。。。。

图5为激光3Ｄ打印钛合金的拉伸性能测试效果。。。。。。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-应变曲线都较为相似，，，，，，，，都保存弹性变形、屈服和强化阶段，，，，，，，，断裂时不含Ｃ的钛合金应变最 大，，，，，，，，而Ｃ含量越高则钛合金断裂时的应变越小，，，，，，，，响应地塑性越差；；；；；；；从图5（ｂ）的强度和断后伸长率测 试效果可知，，，，，，，，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含量增添至0.39％及以上时，，，，，，，，含Ｃ钛合金的断后伸长率下降较为显着。。。。。。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划分为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％），，，，，，，，具有相对较好的 综合性能。。。。。。

 图6为激光3D打印Ti-4Al-3V-0.23Ｃ钛合金的显微组织。。。。。？？？？？？杉，，，，，，，，在钛合金内部保存不规则形 状的棒状或者片状析出物，，，，，，，，能谱剖析批注其主要含有Ｔｉ和Ｃ元素，，，，，，，，团结文献可知，，，，，，，，这些不规则形状的 析出物为TiC，，，，，，，，在钛合金中可以起到颗粒增强作用，，，，，，，，可是较大尺寸的TiC会形成裂纹源而降低塑性 。。。。。。团结前述的测试效果可知，，，，，，，，在钛合金中加入Ｃ，，，，，，，，其中一部分Ｃ会以固溶形式保存并起到固溶强化作用 ，，，，，，，，而另一部分Ｃ则会与Ｔｉ爆发反应而形成形状不规则的TiC，，，，，，，，细小弥散的颗粒状TiC可以起 到颗粒强化作用，，，，，，，，而较大尺寸的TiC则会爆发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含量增添，，，，，，，，纳米压痕深度逐渐减小，，，，，，，，且含Ｃ的钛合金的纳米压痕深度都小于不含 Ｃ的钛合金，，，，，，，，由此可见，，，，，，，，在钛合金中加入Ｃ有助于减小纳米压痕深度。。。。。。

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含量升高而逐渐增 大，，，，，，，，在Ｃ含量为0.62％时位错密度抵达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含量增添至0.39％及以上时，，，，，，，，含Ｃ钛合金的断后伸长率下降较为显着。。。。。。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划分为1　07８ＭＰａ、921ＭＰａ和11.6％。。。。。。

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