[發明專利]一種基于鈦及鈦合金金屬絲材的增材制造方法

有效

• 申請號: 201510541630.4
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN105108339B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 劉立輝
• 申請（專利權）人: 沈陽海納鑫科技有限公司
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;B23K26/70;B23K37/00;C22B9/20;C22C14/00;B23K103/14
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1.一種基于鈦及鈦合金金屬絲材的增材制造方法，其特征在于包括三個關鍵流程工藝方法，首先為高品質鈦及鈦合金絲材制備工藝，其次為用絲材作原料，激光作加熱源的增材制造熔敷工藝，最后為鈦合金部件制造過程中的組織控制和熱處理工藝；

高品質鈦合金絲是制造高品質增材鈦合金部件的基礎，而原材料和鈦合金錠的熔鑄是生產鈦合金絲的核心工藝；其生產工藝步驟為：①需選用超0級海綿鈦和超低雜質含量的中間合金及純金屬；②根據各個鈦合金牌號的具體要求配料，用液壓擠壓機壓制成熔煉用的自耗電極塊；③用等離子焊機在真空狀態下組焊成自耗用電極；④根據鈦合金牌號合金含量的不同，采用不同的熔煉方法：合金含量＜10%，采用兩次真空自耗電弧爐熔煉成鈦錠；10%＜合金含量＜20%的鈦合金，采用三次真空自耗電弧爐熔煉成鈦錠；合金含量＞20%的高合金含量鈦合金，為防止合金偏析，需采用兩次真空自耗電弧爐＋ 一次真空自耗凝殼爐的熔煉方法熔煉成鈦合金錠，熔煉成的鈦合金錠除滿足其主成分的合金要求外，其雜質成分的要求必須控制在O＜0.08%，N＜0.002%，H＜0.001%,C＜0.002%，有加入≤0.005%的細化晶粒的元素；

熔煉成的鈦合金錠按其牌號的要求進行熱鍛開坯，熱軋盤圓，修磨，冷拉，真空退火一系列正常工序加工成φ2mm的鈦合金軟態盤絲;根據制造的鈦合金零部件的大小和精度不同，需要生產0.01mm＜φ＜1.0mm的鈦合金絲才能滿足工藝要求;需在滾模拉伸機上，以φ2mm盤絲為原料進一步加工；以自制的氬氣保護連續加熱設備在軋絲機上溫拉為工藝要點，溫度控制依據其鈦合金的相變點不同而不同，600℃—950℃;成品絲要無應力狀態絲，表面光滑無污染物，繞制在自動送絲機用的軸盤上；

選擇以激光作為熱源是因為其熔化速度快，穩定，熔敷成形熱影響區小，鈦合金部件變形小；激光熔敷成形機是以能自動送絲的激光源為基礎，且工作臺行程尺寸為200mm×200mm×300mm；

以絲材為原料激光熔敷成形的技術工藝過程為：①把待制造的鈦合金部件圖紙進行數字化處理切片，編程；②根據鈦合金的牌號，組織特點，熱力學數據和該部件的結構特點建立凝固溫度場數字模型，選用合理的鈦絲規格和熔敷速度；③選取激光機的電壓，電流和光學參數；④調定激光熔敷部位保護氣體的流量壓力；⑤調定成形的鈦合金金屬部件保護套的保護氣體的流量和壓力；⑥開始熔敷成形；

對于鈦合金的近凈成形增材制造來說，無論是原料是金屬粉末還是絲材，鈦合金零部件組織的控制對其常溫機械性能和高溫性能，疲勞性能，斷裂韌性，沖擊韌性都有決定性影響，成形過程中形成的應力分布和殘余應力對鈦合金部件的變形，開裂有重要影響；這也是增材制造生產高品質部件必須解決的問題；解決方案為：①嚴格控制鈦合金絲的低間隙雜質元素O,N,H,C的含量；②填加微量的細化晶粒的元素，控制晶粒長大；③根據鈦合金牌號的相變點，在凝固和冷卻過程中，調整氣體保護的溫度，氣壓，流量，使其固溶處理溫度范圍內保證冷卻速度，特別是對于組織α＋β，近β和β型鈦合金部件更是非常必要；④控制熔敷速度，不同的部位，熱量散發的速度不同，熔敷速度也要有區別；⑤根據不同鈦合金部件凝固過程的溫度場模型和壁厚尺寸，確定熔敷部件的前后順序，使其應力分布更均勻，減少殘余應力的聚集。