总部位于德国慕尼黑的Hermith GmbH的研究人员报告了他们为改进钛Ti-6Al-4V线材制造和优化其质量以用作增材制造原料所做的工作。

Hermith成立于2004年，现已发展成为欧洲领先的钛合金供应商之一。经过十三年的贸易和股东经营，该公司于2017年启用了经TÜV认证的自有生产设施，从而能够提供定制化的钛合金解决方案。

钛合金因其卓越的强度和耐腐蚀性，在航空航天、医疗和汽车行业中发挥着至关重要的作用。Ti-6Al-4V尤其因其高强度、低重量以及在极端条件下的耐用性而备受推崇。

随着增材制造的快速发展，对高质量钛丝的需求激增。然而，作者指出，减少材料损失、降低热处理能源成本以及实现均匀的细晶粒结构以提高强度和延展性并防止断丝仍面临挑战。

钛丝制造工艺存在的问题

增材制造市场采用各种方法生产(α+β)钛合金丝材，包括加热、变形和退火。高强度丝材的生产通常涉及坯料生产、热变形成棒材、冷拉以及最终热处理。然而，目前的方法存在一些缺点，据称包括：

多个加热变形阶段，以及高能量的蚀刻和真空退火

氧化和表面开裂，导致结构不均匀和机械性能变化

与改进的方法相比，处理时间较长且机械性能较低。

Ti-6Al-4V是一种在增材制造中广泛使用的钛合金，由钛、6%重量百分比的铝、4%重量百分比的钒和低于0.20%重量百分比的氧组成。它在航空航天领域被称为VT6，用于制造大型焊接结构、压力容器（工作温度范围为-196°C至450°C）和其他关键部件。对于增材制造应用，线材必须具有增强的微观结构均匀性、可控的相组成、最小的各向异性，并且不得存在焊接接头等缺陷。

Hermith的电线制造解决方案

改进后的工艺可使线材的机械性能各向异性降低，并可生产出无焊接接头的单件线材，长度至少为8,500米，据报道这是增材制造应用的理想属性。

这是通过一种先进的制造方法实现的，该方法采用了感应加热和基于温度和声发射监测的工艺控制。该工艺涉及多个变形阶段，将坯料拉拔或轧制，直径从8.0毫米到1.6毫米。感应加热应用于：

对于厚度为8.0毫米至4.0毫米的坯料，功率为50-70千瓦，频率为40-80 kHz。

对于厚度4.0毫米至1.6毫米以下的坯料，功率为20-40千瓦，频率为300-500 kHz。

变形在400-700℃下进行，公差为±10℃，每次变形程度为10-50％，计算如下：

μ=(d²i–d²(i+1))/d²i×100，其中di和d(i+1)分别为每次道次加工前后的线材直径。变形程度通过声发射能量参数控制，确保工艺稳定性和线材质量。

为了确保用于增材制造的钛合金丝材拥有最高品质，我们采用精确的感应加热技术，确保丝材长度和横截面的温度分布均匀。这最大限度地减少了温度波动，减少了水垢形成和空气中杂质的污染，从而提高了合金在热处理过程中的整体质量。

此外，准确、快速的温度控制对于实现卓越的线材特性、确保最终产品的一致性和可靠性至关重要。

结果

由于高频电流特性、钛的低热导率和热损失，钛合金丝的感应加热在实现均匀的温度分布方面面临挑战。

该研究根据线材直径确定了最佳电感器功率水平和电流频率。并进行了实验以改进加热模式，确保高质量增材制造线材的机械性能和相组成的各向异性最小。

根据线材直径确定最佳感应加热参数，对于8.0~4.0 mm的钢坯，最佳加热条件为功率50~70 kW、频率40~80 kHz；对于4.0~1.6 mm的钢坯，最佳加热条件为功率20~40 kW、频率300~500 kHz。

在该方法中，使用两个不同功率的电感器将坯料加热至400-700°C。在620±10°C下进行拉拔，所得线材具有可接受的机械性能，包括低于0.02×10⁻³mV²/s的声发射阈值和高于3.2毫米的塑性参数。虽然线材符合质量标准，但较低的变形率显著延长了生产时间，使得该工艺在经济上不可行。

最终获得了晶粒分布均匀的细晶粒结构，并保持了丝材的直线度。然而，这种变形方式与未控制加热间隔的方法相比，并无明显优势。虽然丝材符合质量标准，但该工艺的经济可行性仍然令人担忧。

所提出的用于增材制造的(α+β)钛合金丝材生产方法，采用感应加热并通过声发射和温度监测进行过程控制，可提高强度和塑性。该丝材具有均匀的细晶粒结构，且长度至少为8500毫米，无焊接接头。

主要发现：

在拉拔或轧制过程中将钢坯加热至Tz=(400–700)°C对于确保不间断加工和高质量线材至关重要。

保持±10°C的温度公差可提高电线

基于声发射控制变形可减少轧制道次，同时保持强度和塑性。

该方法无需焊接即可生产用于增材制造的Ti-6Al-4V线材，确保其整个长度上保持一致的机械性能。

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