Ti6246合金的激光粉末床熔融成形性能与力学特性：打印参数与微观结构的关联机制研究

本研究针对Ti6246合金在激光粉末床熔融(LPBF)技术中的成形性能与力学特性展开系统研究，通过调控打印参数与表征微观结构，揭示了工艺参数对材料性能的影响规律。研究发现构建方向显著影响合金的力学性能，优化参数可获得兼具良好成形性与优异力学性能的构件，为航空航天领域高性能钛合金部件的增材制造提供重要理论依据。

　　

在航空航天领域，钛合金因其优异的比强度和耐腐蚀性能成为关键结构材料。Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo(Ti6246)作为一种近β型钛合金，具有更高的强度和更好的热稳定性，是制造航空发动机压气机盘和叶片的理想材料。然而，传统锻造工艺存在材料利用率低、复杂构件成形困难等问题。激光粉末床熔融(LPBF)技术为复杂结构钛合金部件的制造提供了新思路，但该工艺中快速熔凝特性导致的微观结构演变规律尚不明确，打印参数与材料性能的关联机制亟待研究。

研究人员采用系统实验设计方法，考察了激光功率、扫描速度、层厚等关键工艺参数对Ti6246合金成形质量和力学性能的影响。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)等手段表征了不同参数下试样的致密度、表面粗糙度和微观组织特征。力学性能测试包括室温拉伸、硬度测试和疲劳性能评估。研究还考察了后续热处理对材料组织性能的调控作用。

研究结果表明，激光能量密度显著影响熔池形貌和缺陷形成。当体积能量密度在50-70 J/mm³范围内时，试样致密度可达99.5%以上。过高的能量输入会导致匙孔效应，而过低的能量则会产生未熔合缺陷。微观结构分析显示，LPBF成形的Ti6246合金主要由细小的针状α'马氏体组成，这是由于快速冷却过程中β→α'相变所致。

在力学性能方面，研究发现构建方向对材料性能具有显著影响。垂直构建方向的试样表现出更高的屈服强度(约1100 MPa)但延伸率较低(约8%)，而水平构建方向的试样具有更好的塑性(延伸率约12%)。这种各向异性主要源于层间结合质量和晶体取向的差异。通过适当的后续热处理，可以调控α相形貌和分布，实现强度与塑性的良好匹配。

讨论部分指出，LPBF工艺特有的快速凝固特征导致Ti6246合金形成非平衡组织，这是其力学性能与传统工艺材料存在差异的主要原因。研究提出的工艺-组织-性能关系模型为航空航天领域复杂钛合金部件的增材制造提供了重要指导。特别值得注意的是，通过优化扫描策略和热处理制度，可以显著降低材料的各向异性，这对承受多向载荷的关键部件尤为重要。

该研究的创新性在于首次系统阐明了LPBF工艺参数对Ti6246合金微观结构和力学性能的影响规律，建立了工艺优化窗口，为航空航天领域高性能钛合金部件的增材制造提供了理论依据和技术支持。未来研究可进一步探索多尺度结构调控策略，以实现材料性能的精准定制。