作為(wei) 一種先進增材製造技術，選區激光熔化/激光粉末床熔融（SLM/LBPF）由於(yu) 其成形件精度高、表麵質量好、性能優(you) 良而受到廣泛關(guan) 注。在激光粉末床熔融技術的應用中，α+β雙相鈦合金因其比強度高、耐高溫、耐腐蝕、生物相容性好、可焊性優(you) 異（成形件無裂紋）等特點，在航空航天、海洋工程、軍(jun) 事裝備與(yu) 生物醫療等眾(zhong) 多領域都有著大量應用。然而，該技術還麵臨(lin) 著致密度低與(yu) 組織性能各向異性較嚴(yan) 重等問題，以及針對高強高韌需求與(yu) 高強高斷裂韌性抗蠕變需求的微觀組織設計難題。為(wei) 此，澳大利亞(ya) 莫納什大學吳鑫華教授（澳大利亞(ya) 技術科學與(yu) 工程院院士、莫納什大學副校長）團隊對目前已報道的激光粉末床熔融製備Ti-6Al-4V（我國牌號：TC4）工作進行了總結綜述，包括成形工藝、成形質量、微觀組織演化與(yu) 性能調控等方麵，並且為(wei) 激光粉末床熔融製備雙相鈦合金有待探索的領域指明了探究方向。

圖1 3D打印技術在先進製造領域的應用

該綜述以 Review of laser powder bed fusion (LPBF) fabricated Ti-6Al-4V: process, post-process treatment, microstructure, and property 為(wei) 題發表在 Light: Advanced Manufacturing。在這篇綜述論文中，主體(ti) 內(nei) 容分為(wei) 三個(ge) 方麵：（1）激光粉末床熔融工藝圖2為(wei) 選區激光熔化/激光粉末床熔融（SLM/LBPF）技術示意圖。在成形過程中，工藝參數與(yu) 掃描策略對缺陷形成、殘餘(yu) 應力和表麵質量都有著極大的影響。

圖2 選區激光熔化/激光粉末床熔融（SLM/LBPF）技術示意圖

如圖3所示，通過合理的工藝參數組合才能得到高致密度樣件，過高或過低的激光功率與(yu) 掃描速度等參數均可引入不同類型的缺陷。

圖3 (a)選區激光熔化/激光粉末床熔融（SLM/LBPF）工藝窗口; (b)高掃描速度下的未熔合缺陷;(c)工藝窗口中得到的高致密樣品;(d)高激光功率下的匙孔缺陷。

(2) 成形工藝與(yu) 後續熱處理工藝對微觀組織的影響在這一部分我們(men) 介紹了打印態原始β柱狀晶中α’馬氏體(ti) 組織、退火態的α+β片層組織、固溶時效態的α+β雙片層或雙態組織，與(yu) 熱等靜壓態α+β片層組織；深入討論了成形工藝與(yu) 熱處理工藝對微觀組織演化的影響。如圖4所示，在雙相區固溶時效（α+β STA）處理中，固溶溫度與(yu) 時間可極大影響初生α相的組織特征。

圖4 雙相區固溶時效（α+β STA）處理固溶溫度與(yu) 時間對初生α相組織特征的影響。

(3) 微觀組織與(yu) 性能之間的關(guan) 係這一部分著重總結了激光粉末床熔融鈦合金中微觀組織特征對性能的影響，包括拉伸性能、疲勞性能、斷裂韌性、蠕變以及腐蝕性能。圖5a為(wei) 打印態、熱處理態與(yu) 熱等靜壓態片層組織中α片層厚度與(yu) 屈服強度之間的Hall-Petch關(guan) 係；圖5b為(wei) 馬氏體(ti) 組織、α+β片層組織與(yu) 雙態組織的力學性能分布，可見雙態組織在拉伸性能上擁有高強高韌的特點。

圖5 微觀組織對力學性能的影響。(a)不同狀態的試樣中，微觀組織與(yu) 屈服強度之間的Hall-Petch關(guan) 係；（b）不同微觀組織的試樣中屈服強度與(yu) 斷後延伸率的分布。

與(yu) 傳(chuan) 統鍛造或鑄造工藝製備的鈦合金相比，後處理過的（包括熱處理/熱等靜壓處理/表麵處理）激光粉末床熔融鈦合金具有更好的拉伸、疲勞、斷裂韌性和蠕變性能。此外，我們(men) 還提出了在激光粉末床熔融鈦合金中同時獲得高強度/高斷裂韌性/抗蠕變的矛盾。在綜述最後的展望部分中，我們(men) 指出：(1）理想狀態下，LPBF製備鈦合金在製備複雜形狀零件和縮短生產(chan) 周期方麵具有很大優(you) 勢。然而，目前的技術應用與(yu) 上述優(you) 勢還存在一定的差距。例如，LPBF技術固有的表麵粗糙度和內(nei) 部缺陷需要後續表麵處理和熱等靜壓處理來解決(jue) 。(2）此外，如何減輕組織與(yu) 性能的各向異性需要開展進一步研究。(3）在組織和性能方麵，LPBF製備的雙相鈦合金具有較細的微觀組織，導致了較高的拉伸強度和高周疲勞強度。然而，細晶組織不利於(yu) 斷裂韌性和抗蠕變性能的提高。因此，針對如何獲取高強高斷裂韌性抗蠕變的微觀組織需要對後續熱處理進行進一步研究。(4）與(yu) 片層組織相比，雙態組織擁有高強高韌的特點。此外，雙態組織還有著較高的高周/低周疲勞強度與(yu) 較低的疲勞裂紋擴展速率。為(wei) 獲取雙態組織，打印後續熱處理通常采用α+β STA固溶時效處理，但這必然會(hui) 導致初生與(yu) 次生α相之間存在的固溶元素含量與(yu) 強度的差異，因此需對其進一步開展研究。論文信息：Sheng Cao, Yichao Zou, Chao Voon Samuel Lim, Xinhua Wu. Review of laser powder bed fusion (LPBF) fabricated Ti-6Al-4V: process, post-process treatment, microstructure, and property[J]. Light: Advanced Manufacturing.本文的第一作者為(wei) 曼徹斯特大學曹晟博士，合作者包括曼徹斯特大學鄒逸超博士與(yu) 莫納什大學Chao Voon Samuel Lim博士。論文地址：https://doi.org/10.37188/lam.2021.020