Ti6Al4V的案例
X射線探查不到缺陷，鈦合金Ti-6Al-4V電子束熔絲增材制造技術獲突破性進展
2020年底，西安智熔利用其自行研發生產的ZcompleX3型電子束熔絲金屬增材制造系統成形的Ti-6Al-4V合金材料，委托中國科學院沈陽金屬研究所進行了X射線探傷以及不同方向和應力比條件下的高周疲勞極限測試，測試結果顯示，試塊內部無X射線可探查的缺陷，試樣采用HIP處理及兩相區固溶+低溫時效的雙重熱處理工藝后，X和Z兩個方向的拉-拉和拉-壓高周疲勞極限均高于Ti-6Al-4V棒材技術標準要求，且數據一致性極好。
△ZcompleX3 熔絲式電子束金屬打印機
△中國科學院沈陽金屬研究所出具的檢測報告
電子束熔絲增材制造（EBAM）技術
電子束熔絲增材制造（EBAM）是3D打印領域以電子束作為熱源的一項尖端技術，在全球范圍內只有美國西亞基公司（Sciaky）、中國西安智熔等少數公司可提供商用產品。
其技術原理如下：在真空環境中，高能量密度的電子束轟擊金屬表面形成熔池，金屬絲材通過送絲裝置送入熔池并熔化，同時熔池按照預先規劃的路徑運動，金屬材料逐層凝固堆積，形成致密的冶金結合，直至制造出金屬零件或毛坯。
△電子束熔絲增材制造技術原理圖
△2017年陜西衛視對西安智熔熔絲式電子束金屬3D打印系統的報道
這項技術的特點非常明顯，真空環境中打印，有效避免雜質元素混入；成型速度快，材料利用率高，不銹鋼熔絲效率最高可達15kg/h，適合大型結構件快速制造；成型工藝一致性好；可進行功能梯度材料增材(FGM)及金屬基復合材料增材制造，還可以加工鎢、鉬、鈮、鉭等難熔金屬。但零件表面精度不高，后期需要使用CNC進行加工。
展開 Malvern Panalytical Aeris XRD：創新材料結構分析
圖2：Determine background前后之比較
圖3：Score欄位數值代表參考卡號與測試結果擬合程度
相組成分析
本次使用Aeris XRD分析了Ti6Al4V的粉末、冷噴涂后真空燒結涂層兩種狀態。Ti6Al4V粉末狀態下的XRD分析圖譜（請見圖4），經卡號比對出HCP結構之α相與BCC結構之β相，判斷Ti6Al4V為α+β相；α相于35.646°、38.550°、40.699°2θ分別可發現(100)、(002)、(101)結晶方向的peak；而β相則在38.466°2θ可發現(011)結晶方向的peak。而Ti6Al4V冷噴涂涂層經過真空擴散后于XRD繞射峰比對發現了FeTi介金屬相及FeO相，XRD分析結果如圖５。
圖4：Ti6Al4V粉末之XRD圖譜
圖5：Ti6Al4V冷噴涂層經真空擴散后之XRD圖譜
結語
經過Aeris XRD與HighScore軟件分析，確定了Ti6Al4V為α+β相，而Ti6Al4V冷噴涂涂層經過真空擴散后，形成了介金屬相。本文藉由Ti6Al4V粉末、涂層的分析，簡單地介紹Aeris XRD與軟件HighScore Plus的功能。此外，還有晶粒尺寸、Micro strain、殘留應力等更加深入的分析可探索。XRD分析就像廚具與廚藝的關系，Aeris XRD是一項好工具，是得到數據的便捷方法，而如何去運用數據去計算與解釋結果，更是能展現專業的一大學問。
展開 Ti6Al4V鋸齒狀切屑仿真之我見
目前看了很多做TC4（還有高溫合金之類）的切削仿真，都采用設置切屑層與分離層的方法，更有甚者改變工件的入刀幾何形狀，個人認為這些做法都很不妥，違背了實際切削情況。實際切削時工件不存在分層現象，不存在不同層之間材料參數不同的情況，這種做法完全是為了做仿真而做仿真，為了做鋸齒切屑而做鋸齒切屑。
以上純屬個人觀點，下面是在不分層（整個工件材料屬性一致）的情況下做的TC4切削仿真，無刀具——工件穿透現象，即使切屑彎曲，也不會出現切屑——工件穿透現象。
來至NASA和FAA的AWG 的ls-dyna的Ti-6Al-4V的本構和實驗參數（非常全面）
MAT224_User_Guide-Feb6-2019.pdf
tctt14-2.pdf
激光3D打印鈦合金塊材后處理的研究新進展
【成果簡介】
近日，比利時魯汶大學Aude Simar教授課題組的黃春杰博士后與法國UTBM大學、廣東新材料所、中國攪拌摩擦焊接中心以及比利時魯汶大學等相關人員合作，針對目前SLM塊材孔隙率和大量針狀α′組織導致激光3D打印塊材延展性差的這一主要缺陷，其研究選擇一種攪拌摩擦加工的后處理方法改性選擇性激光熔化Ti6Al4V合金塊材，用以降低材料的孔隙率，均勻化局部的組織結構，大量的提高了材料的斷裂應變（0.21至0.65），從而獲得高延展性和強度兼具的性能。該成果以題為“Ductilization of selective laser melted Ti6Al4V alloy by friction stir processing”發表在國際知名期刊Materials Science and Engineering: A上。
展開 3D打印鈦合金自行車車把首次亮相奧運會
圖片中的主桿件（較深的部分）是由3D打印的鈦（Ti6Al4V）制成的，而延伸部分（較淺、較長的部分）是用Scalmalloy打印的。
什么是Scalmalloy？
Katsanis說："Scalmalloy是可用于3D打印的最強的鋁合金，它有一個廣泛的材料數據庫作為支持。Ti6Al4V和Scalmalloy都可以生產出堅固而輕巧的部件，但在這種情況下，Scalmalloy具有優勢。由于其密度較低，一些部分可以使用更少的材料，從而使整體部件更輕。"
Scalmalloy（指鈧、鋁和鎂合金）僅僅通過在合金中添加極少量的鈧就能使材料的強度顯著提高。這是一種性能極佳的材料，由空客公司專門為金屬增材制造而開發。該材料因其高比強度廣泛受到航空航天和高水平的專業自行車運動員的青睞。
用什么打印機來打印這些零件？
Katsanis說："在這個特定的案例中，基礎車把是使用Ti6Al4V材料在我們的Arcam EBM打印機上制造的，而車把延伸部分是在我們的EOS M400上使用Scalmalloy制造的，"。
在下面的圖片中，你可以看到車把加長桿仍然連接在底板上。
△在EOSM400上打印的Scalmalloy車把延長件（圖片來源：MetronA.E)
Metron在這個最新的handleebar設計上有很多經驗可以借鑒，因為他們制造職業自行車手裝備已經有幾年時間了。事實上，Metron的產品已經幫助自行車運動員在這項運動中贏得了200多個世界級獎項。
展開 鈦合金鍛件表面酸洗工藝試驗研究
圖2 Ti-6Al-4V 鍛件樣品酸洗后表面XRD 圖譜
酸洗后Ti-6Al-4V 氫含量變化
氫含量測定結果和對應的腐蝕液成分見表3。
表3 酸洗后H 含量測試結果統計
從表中可以看出，除3#與7#樣品外，其他試樣中殘余H 含量總體相差不大，4#和6#樣品H 含量最低。HF 的含量高顯著提高了Ti-6Al-4V 中氫的吸附，但HNO3 含量的增大，又對氫具有脫吸附的作用。因此，4#和6#可作為最優酸洗備選配方。
酸洗后表面硬度變化
酸洗后試樣的硬度變化匯總見表4。其中，所有樣品表面皆在離散位置，選擇5 處進行硬度測試，每兩個點的距離遠大于壓痕對角線長度的2.5 倍。
表4 酸洗前后樣品表面硬度值(HV0.5)
從酸洗后硬度測試結果可以看出，0#初始試樣表面硬度極高，但經過酸洗后，表面硬度顯著降低。其中，1#試樣表面硬度相對較高，因其酸洗液HF 含量較低，所以導致表面硬化層可能去除并不徹底。其他試樣表面硬度都相差較小，考慮到硬度測試本身的誤差，可以認為，其他試樣表面硬化層都已經全部清除干凈。
通過上述試驗可知最優的酸洗液配方為：（1%～3%）HF+（25%～30%）HNO3，鍛件經過該配方酸洗后，表面如圖3 所示。
圖3 酸洗后表面硬化層示意圖
經測定酸洗后鍛件表面硬化層0.058mm，氫含量0.002%，滿足客戶要求。
結束語
本文通過試驗驗證，在不同配比酸洗液清洗下，對Ti-6Al-4V 鍛件表面硬化層去除的變化，找到了最優的酸洗液配方為（1%～3%）HF+（25%～30%）HNO3(酸洗條件為25℃室溫，酸洗時間15min)，為后續此類鍛件酸洗處理提供了有效的解決方案。
展開 增材制造過程中促進鈦合金的柱狀到等軸過渡和晶粒細化
圖二 凝固過程中熱力學測量
(A) Ti-6Al-4V冷卻速率，50-400mm/min的沉積速度
(B)100mm/min冷卻速率，三個時間間隔圖片
(C) 凝固曲線
圖三 冷卻速率曲線
Ti-6Al-4V，Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr和Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr + La2O3凝固期間在沉積結束時收集的典型冷卻曲線
圖四 熱力學條件下沉積的Ti合金顯微結構
(A-C) 分別是 Ti-6Al-4V、Ti-3Al-6Cr-4Mo-4Zr、Ti-3Al-6Cr-4Mo-4Zr + La2O3 微觀結構
(D) 平均晶粒尺寸 沉積速度 50mm/min
圖五 沉積前后的La2O3尺寸與分布
(A) 沉積前La2O3背散射SEM圖像
(B) 沉積過程中，顆粒形狀變得更加球形化并且尺寸減小
(C) 沉積后的La2O3粒度分布
(D) 在Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr內不同層中分布的La2O3顆粒的面積分數
圖六 Ti-6Al-4V熔池內的溫度分布
(A) 和(B)為基于Bai等人的分析開發的Ti-6Al-4V增材制造傳熱模型，D為動態溫度梯度的新實驗數據
圖七 不同時間間隔AM凝固期間應用的相互依賴模型的原理
t1 ΔTN=0℃，無ΔTCS或溶質擴散到液體中
t2 少量外延生長，G太陡，無ΔTCS，附近顆粒無法激活
t3 G持續減小，ΔTCS<ΔTN，存在小的過冷區
t4 附近無成核粒子存在，柱狀生長
t5
展開 舊瓶裝新酒？金屬漿料直寫3D打印技術現狀
下圖描繪了使用基于甲基纖維素水基溶液的Ti-6Al-4V漿料（固含量達66 vol.%）制成的多孔結構，具有良好的長絲形狀和初始形狀保持。這些樣品的孔隙率在39%到68%之間，孔徑在200 μm到800 μm之間，體積收縮率16.5%。Srivas[2]基于同樣的打印方法，采用添加了殼聚糖、甘油和聚乙二醇（PEG）的乙酸溶液承載Ti-6Al-4V粉末，制備的漿料裝載量為56.5 vol.％，獲得了孔徑為500 μm，總孔隙率為58%的鈦合金支架，燒結收縮率為13%，抗壓強度和彈性模量值分別為39.58 MPa和450 MPa，與松質骨的力學性能相當。Chen[3]報道了一種熱固性的生物聚合物，用作DIW的粘合劑制備出多孔鈦人工骨支架，該支架表現出類似于人皮質骨的有效楊氏模量（20.2 GPa），減輕了不良的應力屏蔽作用，并具有超高的強度（σ= 340 MPa）。
△通過3D纖維沉積的Ti6Al4V支架 （A）頂視圖，（B）側視圖
2018年意大利帕多瓦大學Hamada Elsayed等人[4]通過控制漿料的流變性質，開發了基于水-鈦粉末懸浮液的合適漿料配方，結合液由水、聚乙烯醇（PVA）和聚乙二醇（PEG）組成，采用DIW技術打印出孔隙率高達65％的Ti-6Al-4V支架（下圖），燒結后總收縮量約為40 vol%，壓縮屈服應力范圍在110—130 MPa之間，這些值大大超過了通過SLM 產生的類似Ti-6Al-4V結構的壓縮應力屈服強度，范圍為10–30 MPa。上述實驗的多孔鈦支架在后期生物實驗中都表現了良好的生物相容性，測量結果顯示在鈦支架上有良好的細胞增殖，這是令人欣喜的結果。除此之外，Hamada Elsayed還嘗試了Ti2AlC材料進行漿料直寫打印的可能性。
展開 輕量化、低泄漏的壓電晶體伺服閥（轉自 液壓傳動與控制）
完整的閥如圖4所示。浸在液壓油中的彎曲機連接到LVDT，以便在運行期間監控位置。主閥芯位置通過第二個LVDT進行閉環控制；使用比例積分位置控制器補償壓電滯后等非線性因素。
圖 3. 閥斷面示意圖
圖 4. 產品樣機
增材制造
閥體包含復雜的流體通道。它們需要具有足夠強度和剛度以承受較高的液壓壓力（例如350bar），并且即使壓力變化和溫度變化較大（典型條件為-54°C至+ 150°C）也要保持出色的尺寸精度。閥芯周圍的間隙或節流邊的公差約為幾微米。節流邊與高速流體（通常大于100m / s）接觸，并且易于腐蝕。當前，閥體通常由鋁或鈦制成，并帶有非常耐磨的馬氏體不銹鋼（440C）襯套，以形成節流邊。
增材制造為制造復雜的閥體提供了機會，該閥體的重量要低得多，僅在必要時添加材料，并且具有成本效益，重復性高且材料浪費少的優點。可以優化幾何形狀以滿足上面列出的嚴格要求，而無需常規的減材制造約束。
該閥原型是在Renishaw AM250機器上使用鈦合金（Ti6Al4V）制造的，該機器使用粉末床熔融激光熔化工藝。盡管仍需要進行研究以確保其特性和質量適合于航空航天應用，但是眾所周知，使用這種材料可以成功實現激光熔化。尤其是，疲勞壽命受表面光潔度和微觀結構的影響，并且仍在研究構建過程參數和熱處理的影響。飛行執行器出現認證問題，使用增材制造制造安全關鍵零件需要開發新標準。
對于伺服閥和其他復雜的液壓執行元件，AM的應用有望縮短開發周期，減少材料的庫存成本，提高液壓效率，減輕重量并提供新的維修機會。圖5更詳細地顯示了AM閥體。仍需要使用堅固的不銹鋼襯套來實現所需的節流邊磨損性能。圖6說明了如何使用CT掃描對AM零件進行內部檢查。
展開 《Scripta Mater》：熱力循環對增材制造鈦合金界面穩定性的影響！
美國田納西大學的研究人員開發了一種新的方法以描述熱力變化在固相轉變中的作用，了解Ti6Al4V樣品在已知邊界條件下受熱力的影響，探討了相變路徑的后續問題，即α→β相變是重建性還是位移性。相關論文以題為“Role of thermo-mechanical gyrations on the α/β interface stability in a Ti6Al4V AM alloy”發表在Scripta Materialia。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114134
研究發現Ti6Al4V合金在400℃和650℃之間經歷熱力變化后逐漸軟化，塑性壓縮應變極限為1%。α和β相之間的動態應變分配伴隨著(a→β)相變。在熱力變化循環中觀察到的β相變化相當出乎意料(約5%)，因為熱力學平衡預測在該溫度范圍內相變可忽略不計。
展開 
ABAQUS銑削CEL仿真保姆級教程 ￥59.9
一、創建仿真模型
本教程采用abaqus中CEL（耦合的歐拉-拉格朗日）方法對鈦合金（Ti6AL4V）的銑削過程進行仿真，通過仿真結果可以提取刀具受力及溫度變化，并直觀的觀察到切屑的生成過程。模型建模均在ABAQUS CAE中完成，通過調整尺寸參數可方便的對模型進行修改。附件中會提供CAE源文件。
首先創建銑削刀具的模型，命名為Tool，并創建刀具的參考點。
待切削工件采用歐拉類型進行建模，創建計算域并對其進行切分。
二、創建材料
銑削是一個高速動態的過程，需同時考慮應變、應變率及溫度對被切削材料的影響，因此工件采用J-C本構。分別創建工件和刀具材料，并賦予相應的部件
三、模型裝配
完成刀具和工件Part的創建后，在Assembly模塊創建其實例并完成裝配，如圖5所示。
四、創建分析步
創建熱位移耦合分析步，分析時間根據切削距離與切削速度確定。然后，將刀具的參考點設置成set命名為RP-Tool，在歷史變量輸出反力與位移。
五、定義接觸
該實例中考慮熱效應，需設置接觸過程中摩擦生熱和接觸面之間的熱傳導屬性，其中熱傳導屬性設置為壓力的函數。如圖所示。此外，還需創建刀具參考點與刀具剛體約束。
六、邊界條件設置
設置刀具速度和轉速邊界條件
歐拉計算域需進行初始材料填充，1為初始有材料，0為初始無材料
刀具與工件設置初始溫度25℃（即認為環境溫度為25℃）
七、劃分網格并提交計算
刀具網格尺寸1mm，網格類型為C3D4T，工件網格尺寸1mm，網格類型為EC3D8RT。完成網格劃分后，創建任務提交計算。
八、計算結果?
展開 南京工大《JMST》：含鐵TC4鈦合金的組織強韌化機理！
Ti-6Al-4V
的廣泛應用歸功于其簡單的化學成分和良好的成形性，以及較好的強度和延展性。人們已經做了大量的嘗試，希望經濟有效地提高Ti-6Al-4V的力學性能，同時保持高比強度。微合金化是一種簡單可行的方法。B的加入能夠促進形核，細化晶粒，提高強度、塑性和疲勞性能，但導致Ti-6Al-4V合金的斷裂韌性較差。已有報道表明，Ti-6Al-4V中添加微量Fe可以改善澆鑄性，降低變形時的流動應力，同時提高強度和斷裂韌性，但是Fe對TC4組織性能的影響機制仍不明確。
南京工業大學的研究人員探討了Fe對
Ti-6Al-4V(TC4-xF)
合金鑄態經均勻化處理后的組織和力學性能的影響，揭示均勻化、熱加工和時效處理合金中有利于屈服強度和斷裂韌性的關鍵組織特征。
展開 切削仿真——誰說沒有切屑來著？
好了，今天給大家帶來的是切削仿真實例，首先老規矩，看個動畫
考慮到這個模型有一定的難度，今天我們先做個簡單的
一、問題描述
a 工件采用彈塑性模型，考慮損傷演化；
b 刀具采用約束剛體，進刀速度取9m/s；
二、模型建立
a 在caxa或者CAD軟件中建立相關草圖，導入abaqus（注意單位），用二維模型建模（平安應變單元）；再對工件進行切割，得到下圖的模樣，目的是使畫出的網格有一定的斜度，符合材料的流動角度；
b 劃分網格，采用7e-4的網格密度
c 材料定義
三、建立分析步
a 刀具進給速度9m/s，水平長度0.1m，則采用時間0.01s作為分析時長；
b 場輸出中選中與損傷相關的狀態輸出SDV，STATUS
四、邊界條件定義
a 工件底部固定不動
b 刀具保留x軸的運動自由度，限制速度為9m/s
五、其他問題說明
a 做不出切屑？
請調整刀具角度，或者材料屬性需要修改；
b 刀具與工件怎么定位？
在CAD軟件內部畫草圖的時候就需要定義好兩者的位置，之后導入到abaqus之后，僅僅進行刪減或者增加線條，這樣兩者的定位才不會有大的變化
c 相關文件在哪里下載？
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當然是技術鄰?。。?！
ti6al4v-apartline-SI-127-50.rar
展開 激光粉床熔融工藝中的匙孔氣泡缺陷研究
Mohamad Bayat, et al. Keyhole-induced porosities in Laser-based Powder Bed Fusion (L-PBF) of Ti6Al4V: High-fidelity modelling and experimental validation.
在本研究中，在一個10.4×10.4×4.5大小的粉床上制作多道直線激光加工實驗，每道加工長度為8mm，共加工六道。希望透過本研究了解匙孔氣泡形成機制。
1. 匙孔的形成
最初的加熱區域先形成較淺的熔池
反沖壓力造成熔融金屬流體向下運動
向下的流體運動以及熱點造成匙孔持續增長
熱量往熔池后端移動，造成匙孔邊緣的溫度繼續上升，形成更大的反沖壓力
匙孔引起的氣泡缺陷形成機制
匙孔底部的反沖壓力持續增加，造成熔池上緣區域的表面張力隨之增加
局部冷卻的金屬開始閉合，形成不規則的氣泡
向下的流體流動將這些氣泡往熔池后端推動
氣泡隨即被困在凝固的金屬熔池內
用FLOW-3D AM軟件進行仿真，并與實驗比對。
2. 模型驗證
以170W的激光加工實驗與數值模型比對，上圖為氣泡深度VS直徑。黑色方框為實驗數據，紅色圓圈為仿真結果，兩者趨勢一致。
上表為氣泡的平均直徑和深度數據，以及熔池的平均寬度和深度數據，仿真與實驗結果相當接近。
展開 