激光熔化沉积快速成形TA15钛合金的力学性能
钛合金具有密度低、比强度高、屈强比高、耐蚀性及高温力学性能优异等突出特点，在航空、航天、石化、船舶等工业装备中用量越来越大，以航空应用为例，如波音公司和空客公司研制的新一代民用客机（B787、A380）中钛合金用量已由第三代（B747、A300）的不到4% 上升到10% 以上，第三代歼击机中钛合金结构件用量由F16 的约3% 增加到了F/A18- E/F、苏-27的15% 以上，而第四代歼击机F22 中钛合金结构件用量已占机身结构总重量的41%[1-7]。但是，由于受钛合金本性的影响，采用“锻造＋机械加工”等传统技术制造这些复杂钛合金结构件，存在制造工艺复杂、工序多、生产制造成本高、材料利用率低、生产周期很长等突出缺点，制约了钛合金结构件在先进工业及国防装备中的广泛应用，并严重影响国防装备的快速研制、快速生产与快速装备使用。
激光熔化沉积（LMD）快速成形技术，利用快速原型制造（RPM）技术在无需任何模具和工装条件下快速制造任意复杂形状零件的全数字化快速制造基本原理，以新材料快速凝固激光冶金制备技术为手段，通过金属材料的激光逐层熔化沉积，直接由零件CAD模型一步完成高性能“近终形”复杂金属零件的快速成形制造，是一种代表着先进制造技术发展方向、将高性能结构材料制备与“近终形”复杂零件直接成形有机融为一体的无模、非接触、数字化成形制造新技术，对上述工业装备中钛合金等高性能关键金属结构件的短周期、低成本成形制造具有十分重要的意义[5-7]。美国AeroMet 公司同波音、洛克希德· 马丁等飞机制造商紧密合作，采用激光熔化沉积快速成形技术生产的Ti-6Al-4V 等钛合金关键结构件，已在F-18E/F、F-22 等飞机及导弹等武器装备中得到应用考核[5-9]。
迄今，国内外尚未见有关激光熔化沉积快速成形钛合金力学性能的系统研究报道。本项目组“产学研”紧密结合，不到4年时间就突破了钛合金结构件激光熔化沉积快速成形工艺及应用关键技术，成功实现了激光熔化沉积制造TA15钛合金结构件在飞机上的应用，使我国成为继美国之后世界上第二个掌握激光熔化沉积快速成形飞机钛合金次承力结构件装机应用技术的国家[5-7，10-12]。本文简要报道激光熔化沉积TA15钛合金的拉伸、高温持久及疲劳等力学性能。
试验方法
采用真空非接触等离子熔炼/氩气雾化T A15 钛合金粉末（粒度-140+300 目）为原料，通过同轴气动送粉激光熔化沉积快速成形技术，在北京航空航天大学激光材料加工与制造技术实验室自行研制、具有自主知识产权的“平面接触－动态密封－惰性气氛保护” 钛合金结构件激光熔化沉积快速成形成套装备上进行[10-12]。该系统包括8kW横流连续CO2激光器、三轴联动四坐标数控激光加工机床、专用送粉器、集粉末输送与汇聚－激光束聚焦－惰性气体输送－气氛保护与密封－系统冷却－高度控制等多种功能于一体的“激光快速成形多功能集成光头”及“自由平面接触/ 动态密封/ 惰性气氛保护激光熔化沉积腔”等核心单元[10-12]。分别在750℃、770℃、800℃及830℃等4个温度下对激光熔化沉积快速成形TA15钛合金进行了退火热处理，以系统研究激光熔化沉积成形后退火热处理温度及退火热处理时间对激光熔化沉积成形TA15钛合金显微组织及力学性能的影响。采用标准试样分别测试了激光熔化沉积快速成形TA15钛合金零件的室温拉伸、500℃高温拉伸及500℃/471MPa高温持久性能以及光滑试样(Kt =1)与缺口试样（Kt=3）的轴向拉- 拉疲劳性能。室温拉伸、高温拉伸、高温持久、光滑及缺口疲劳等。
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