综述：L-PBF增材制造Ti6Al4V材料的结构完整性和后处理

1. 微观结构

L-PBF生成的Ti6Al4V马氏体显微组织的解决方案是进行热处理。主要有两个原因；将α′马氏体显微组织分解为双相α+β基体，并改变prior-β晶粒的尺寸和形态。热处理通常在低于或高于β相变温度下进行，因此被称为亚相变或超相变热处理。在晶体学方面，sub-transus和super-transus是指Ti6Al4V存在两种晶体同素异形体：六方密排(hcp)α相和体心立方(bcc)β相。通常，亚相变热处理导致的微观结构的主要变化是α'分解为α和β。α片晶粗化的影响是以牺牲强度为代价适度增加延展性。随着热处理温度从约780°C增加到β-相变温度，保持1-4小时，然后进行炉冷或空冷。

另一方面，超相变热处理引起的微观结构的主要变化是柱状β晶粒的显著生长，这除了以牺牲强度为代价增加延展性之外，还意味着明显的各向异性变形行为得到部分缓解。除了亚相变和超相变热处理外，Ti6Al4V的准静态和动态性能的更好平衡已通过双相退火后处理热处理实现，从而形成双峰微观结构。双相退火工艺包括两个退火温度阶段和特定的保温时间，然后是两阶段冷却方法。

2. 表面粗糙度

解决高表面粗糙度问题的方法包括机加工和抛光技术。这通常是通过标准化的传统技术来实现的。总的来说，机加工处理在平面上效果最好。对于复杂、高质量的近净零件，抛光和化学铣削处理成为实现所需表面质量和几何公差的理想后处理解决方案。采用这些方法后准静态和动态机械性能的提高主要比打印态时高40-50%。

3. 残余应力

尽管通过底板预热和重新扫描策略努力降低残余应力，但在打印态部件中看到的残余应力仍处于100-500MPa的范围内，仍然高于大多数零件应用的最大允许应力。解决问题的方法是消除应力热处理。几份报告显示，在480至650°C范围内热处理1-4小时后，L-PBF生产的Ti6Al4V的残余应力有效降低，随后进行炉冷或空冷。有研究显示，在560°C的热处理后残余应力减少了约90%，低于560°C的应力释放速度非常缓慢，但随着温度从560°C升高到610°C而增加，同时硬度的显著增加。因此得出结论，最好在610°C下消除应力。

4. 孔隙率

零件存在的孔隙数量越少，零件越致密，这反过来意味着更好的准静态性能。但是，如果孔隙率高于最低要求，则需要进行热等静压(HIPing)。这具有综合效果，能够提高准静态和动态机械性能。Ti6Al4V的典型HIPing工艺是在895至955°C的温度范围内、最低压力为100MPa的惰性气体气氛下进行的。压力使内部孔隙和裂纹闭合，从而增加材料密度，延长疲劳寿命。固有的热处理效应会影响微观结构细化，从而改善准静态性能。

结论

总的来说，仅通过工艺参数优化来提高零件质量还不足以使零件满足航空航天等行业的功能要求。对L-PBF增材制造的Ti6Al4V结构完整性相关的重要属性包括：微观结构、孔隙率、残余应力和表面粗糙度。通过对Ti6Al4V的L-PBF处理的技术审查整个知识体系，强调对后处理解决方案的明确需求，将能逐渐明晰问题的解决策略。