[發(fā)明專利]一種鈦鋁合金復雜零件的快速制造方法

有效

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• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN102941343A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈文鵬;楊廣宇;趙培;賀衛(wèi)衛(wèi);黃瑜;賈亮
• 申請（專利權(quán)）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦鋁合金復雜零件制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦鋁合金復雜零件的快速制造方法。

背景技術(shù)

高性能復雜鈦鋁合金零件在航空航天和汽車工業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。鈦鋁基合金具有金屬間化合物的結(jié)構(gòu)特點，硬度高、脆性大，很難采用機械加工方法制備復雜零件，而常規(guī)的鑄造雖可成形復雜形狀，但組織粗大、存在宏觀偏析，導致其綜合力學性能較差；鍛造技術(shù)制備TiAl基合金在組織性能方面優(yōu)于鑄件，但在復雜零件成形方面與鑄造工藝有一定距離。粉末冶金法可以消除鑄造冶金方法所帶來的缺陷，但目前還沒有很好解決復雜件的致密化、變形控制問題，同時模具為一次性的，設(shè)計及制造費用高限制了該工藝的廣泛應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種鈦鋁合金復雜零件的快速制造方法。該方法采用電子束快速成形技術(shù)，通過高能束流在程序控制下根據(jù)三維模型提供的信息進行逐層熔化燒結(jié)及快速循環(huán)熱處理，層層堆積，制備組織小的鈦鋁合金復雜零件，該方法可通過建模靈活設(shè)計所需產(chǎn)品形狀，制造過程不需要制作昂貴的模具，具有生產(chǎn)周期短，效率高的特點。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種鈦鋁合金復雜零件的快速制造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、用三維造型軟件建立需要制造的鈦鋁合金復雜零件的三維實體模型，然后用分層軟件將三維實體模型分成厚度為0.05mm～0.3mm的薄層，得到STL格式文件，再將得到的STL格式文件導入電子束快速成形機的快速成形軟件中；

步驟二、將鈦鋁合金粉末裝入步驟一中導入STL格式文件的電子束快速成形機的送粉箱中，以一定的鋪粉厚度平鋪于鋪粉臺上，輸入掃描參數(shù)，在真空條件下根據(jù)輸入的掃描參數(shù)和步驟一所導入的STL格式文件對鈦鋁合金粉末進行逐層掃描燒結(jié)，燒結(jié)結(jié)束后得到鈦鋁合金復雜零件；所述掃描燒結(jié)過程包括熱量補償過程和成形過程。

上述的一種鈦鋁合金復雜零件的快速制造方法，步驟二中所述鋪粉厚度為0.05mm～0.3mm。

上述的一種鈦鋁合金復雜零件的快速制造方法，步驟二中所述真空條件的真空度為2×10^-2Pa～5×10^-2Pa。

上述的一種鈦鋁合金復雜零件的快速制造方法，步驟二中所述熱量補償過程中的掃描參數(shù)為：束流強度為20mA～40mA，電子束掃描速度為5000mm/s～7000mm/s，溫度控制在800℃～1200℃。

上述的一種鈦鋁合金復雜零件的快速制造方法，步驟二中所述成形過程中的掃描參數(shù)為：束流電流為10mA～20mA，電子束掃描速度為80mm/s～120mm/s，成形域上表面溫度為1250℃～1700℃。

上述的一種鈦鋁合金復雜零件的快速制造方法，所述成形過程的基礎(chǔ)溫度保持在鈦鋁合金α轉(zhuǎn)變溫度以下100℃～400℃，成形過程中新一層熔化成形時，部分已成形層被快速加熱至鈦鋁合金α轉(zhuǎn)變溫度以上50℃～400℃并重新冷卻至基礎(chǔ)溫度，通過逐層疊加，鈦鋁合金組織經(jīng)過多次快速循環(huán)熱處理，最終得到鈦鋁合金復雜零件。

上述的一種鈦鋁合金復雜零件的快速制造方法，步驟二中所述鈦鋁合金復雜零件具有平均晶團尺寸為30μm～50μm的細小全片層組織，鈦鋁合金復雜零件的片層晶團界面處的片層結(jié)構(gòu)之間相互交錯。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明采用電子束快速成形這一直接成形技術(shù)，通過高能束流在程序控制下根據(jù)三維模型提供的信息進行逐層熔化燒結(jié)及快速循環(huán)熱處理，金屬粉末在高能束的轟擊下被燒結(jié)在一起，并與下面已成形的部分粘接，層層堆積，直至整個零件全部燒結(jié)完成品，是組織小的鈦鋁合金復雜零件較為理想的成形方式，該方法可通過建模靈活設(shè)計所需產(chǎn)品形狀，制造過程不需要制作昂貴的模具，具有生產(chǎn)周期短，效率高的特點。

2、采用本發(fā)明的快速制造方法，材料的利用率高，多余的粉末可重復使用，節(jié)約成本。

3、本發(fā)明的成形過程具有加熱和冷卻速度較快的特點，使得熔化層對其附近層的已成形部分有快速循環(huán)熱處理的作用，在此熱處理條件下,熱滯后較大,重結(jié)晶形核不僅可以在晶界發(fā)生，同時也可在相界發(fā)生,因此形核速率高,相變速度快；快速循環(huán)相變也可破壞鈦鋁組織遺傳以及新舊相之間的位向關(guān)系，可以破壞已經(jīng)形成的穩(wěn)定的鑄態(tài)粗大片層組織；同時，循環(huán)的熱處理過程可有效釋放成形過程中的熱應力，防止樣品變形。