近年来，在航空航天、医疗或赛车等尤其注重安全问题的应用领域，人们对增材制造的5/23级钛合金（Ti6Al4V）进行了大量研究工作。轻量化设计让安全裕度降低，因此对材料的高疲劳强度和生产过程稳定性产生了更高需求，这样才能保证机械材料性能的标准偏差非常低。
由Quintus Technologies开发的高压热处理（HPHT）技术，将传统的HIP循环与集成的后续惰性气体淬火循环相结合，对于在精简、快速和稳健的生产过程中极大限度地提高增材制造钛合金Ti6Al4V的疲劳强度具有极大优势。
图1：一级方程式C39赛车：阿尔法·罗密欧赛车©2020
高压热处理后处理主要包括热等静压（HIP）、热处理（HT）和表面处理，这一处理步骤是保证生产过程稳定性不可缺少的一部分，应当根据特定合金的类型进行调整。对于钛合金Ti6Al4V这样一种被广泛使用和研究的合金来说，这一处理会显得更加有益。
由于一些承受疲劳载荷的高性能材料的关键部件，对质量和生产控制都有着极高的要求，而增材制造便是当前实现仿生轻量化设计的一项日趋重要的技术。利用增材制造（AM）工艺新颖的微观组织，并采用锻件或铸件已知的成熟热处理方法，也是一种较为新颖的处理方法。
本文将会讲述高压热处理对钛合金疲劳强度的影响，以及在高性能领域的实际应用案例。
HIP可有效修复缺陷，提高HCF强度
与锻造等传统方法生产的部件相比，增材制造的部件的机械性能，特别是抗疲劳性能通常较低。由于逐层堆积的过程会产生气孔、未熔合粉块、微裂纹和残余应力，这些缺陷会引起应力集中，并作为裂纹萌生点，对疲劳性能和延展性都会造成不利影响。
近年来，许多学者（如[4]）已研究并证实了使用热等静压（HIP）技术能成功消除L-PBF Ti6Al4V材料的内部缺陷，并成功提高疲劳强度。对于L-PBF Ti6Al4V材料，广泛使用的热等静压参数为920°C，100MPa和2小时的保温保压时间，这符合ASTM F2924-14的规范，可以可靠地将N=106时的许用应力幅值从小于400MPa大幅提高到大于600MPa（见图3）。
这些工艺参数起初是为钛铸件的孔洞和收缩的热等静压致密化而开发的，与L-PBF材料相比，钛铸件的凝固组织一般更接近平衡态，L-PBF材料在高温处理下的软化比铸件更明显。
图3：L-PBF Ti6Al4V在应力释放（SR, 720°C）和应力释放+热等静压条件下的旋转弯曲疲劳强度（阿尔法·罗密欧赛车ORLEN ©2020提供）
高温条件下的Ti6Al4V软化
研究表明，L-PBF工艺生产的Ti6Al4V材料在任何一种高温处理后，其静态强度均明显下降[4]。这是由于在“打印”条件下极快冷却的微观组织的亚稳态。原位冷速为104-106 K/s [5]，这会导致马氏体完全转变为α’相。尽管有些作者报道了Ti6Al4V的Mf 温度低于室温，但在J. Mezzetta [6]的XRD实验中，在“打印”状态下，并没有发现残留的β相（图4）。
图4：随着热处理温度升高，显微组织（α/α’片层宽度）和马氏体分解（α’-> α+β）的渐进变化（引自[6]）
G. Lütjering等人[7]强调了全片层组织中α团簇尺寸和α片层宽度等特性对冷却速率的依赖性，以及它们对强度（Rp0.2, UTS），延展性（εF）和HCF强度的重要性。他描述了马氏体分解起始温度为700 - 850°C。这与通常报道中材料从打印条件下的屈服强度损失有关[8]：
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