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Damage tolerance performance of high strength and toughness titanium alloys formed

 by additive manufacturing in aerospace: A review

增材制造在航空航天領(lǐng)域形成的高強(qiáng)度高韌性鈦合金的損傷容忍性能：綜述

作者信息：

Guozheng Liu ^a b, Qinyang Zhao ^c, Weiju Jia ^b, Yan Zhang ^a b, Shuo Song ^a b, Chengliang Mao ^b, 

Wei Zhou ^b, Siyuan Zhang ^b, Yongqing Zhao ^a b *

a School of Materials and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China

b Northwest Institute for Nonferrous Metal Research, Xi'an 710016, China

c School of Materials and Engineering, Chang'an University, Xi'an 710064, China

https://doi.org/10.1016/j.revmat.2025.100003

文章介紹：

鈦合金因其卓越的耐腐蝕性、比強(qiáng)度和韌性而成為航空航天領(lǐng)域最廣泛應(yīng)用的高性能結(jié)構(gòu)合金。航空器鈦合金的工作條件極為嚴(yán)苛，常常導(dǎo)致磨損和斷裂等故障。為提升鈦合金在航空器中的安全性標(biāo)準(zhǔn)和使用壽命，對(duì)這些材料的安全性和性能要求也不斷提高。因此，具有高強(qiáng)度、高韌性、長(zhǎng)使用壽命、高效能和高損傷容忍度的鈦合金材料設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，已成為當(dāng)前討論的熱門話題。利用增材制造（AM）不僅能夠滿足航空領(lǐng)域?qū)辖鸩牧系男阅芤螅€能加速?gòu)?fù)雜組件的制造，從而降低成本和時(shí)間。分析其損傷容忍性能（DTP）能夠評(píng)估在初始裂紋或缺陷存在的情況下的使用壽命，從而確保使用過程中的安全性。

近年來(lái)，增材制造的快速發(fā)展促使了增材制造形成的高強(qiáng)度高韌性鈦合金（HSTTAs）研究的相應(yīng)增長(zhǎng)。研究者們已從單純關(guān)注材料的高強(qiáng)度或快速原型制造，轉(zhuǎn)向通過工藝優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳的使用壽命和耐久性。然而，由于損傷容忍性能研究的巨大工作量，現(xiàn)有的DTP研究往往不夠全面或系統(tǒng)。本文首先介紹了高強(qiáng)度高韌性鈦合金的研究發(fā)展歷史，然后介紹了增材制造形成的高強(qiáng)度高韌性鈦合金的研究。基于當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了調(diào)控和改善DTP的主要方法。最后，提出了對(duì)當(dāng)代研究面臨的主要問題以及未來(lái)發(fā)展方向的個(gè)人看法。本文旨在為高強(qiáng)度高韌性鈦合金損傷容忍性能的研究提供啟發(fā)，這對(duì)提升材料結(jié)構(gòu)安全性、優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造過程、促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用拓展具有重要意義。

中文摘要：
在航空航天領(lǐng)域，增材制造（AM）形成的高強(qiáng)度高韌性鈦合金（HSTTAs）主要用于制造復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)組件。這種材料能夠滿足組件的定制設(shè)計(jì)要求，提升材料消耗和生產(chǎn)效率，并降低成本和生產(chǎn)周期。隨著結(jié)構(gòu)組件對(duì)安全性和穩(wěn)定性的要求不斷提高，損傷容忍性能（DTP）已成為航空鈦合金設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)。本綜述首先介紹了高強(qiáng)度高韌性鈦合金的歷史發(fā)展，然后討論了增材制造形成的鈦合金相關(guān)研究。綜述涵蓋了增材制造形成的高強(qiáng)度高韌性鈦合金的損傷容忍性能的最新研究進(jìn)展，詳細(xì)介紹了該合金的變形行為、斷裂韌性和疲勞裂紋擴(kuò)展特性。本文還探討了提升增材制造高強(qiáng)度高韌性鈦合金損傷容忍性能的主要方法，包括工藝參數(shù)優(yōu)化和熱處理。最后，本文指出了當(dāng)前研究中存在的問題和未來(lái)的研究方向。研究增材制造形成的高強(qiáng)度高韌性鈦合金的損傷容忍性能可以提高材料的整體性能，確保結(jié)構(gòu)完整性，同時(shí)促進(jìn)增材制造技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。這為提升增材制造工藝和后處理工藝、優(yōu)化性能及開發(fā)新型高損傷容忍鈦合金提供了參考意義。