[發明專利]一種能同時提高增材制造鈦合金強度和塑性的制備方法

有效

• 申請號: 201611021588.4
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106583719B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 趙莊;陳靜;隋尚;譚華;林鑫;黃衛東
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李宏德

本發明一種能同時提高增材制造鈦合金強度和塑性的制備方法，其包括下列步驟：一將粒度為?90～+325目的Ti?6Al?4V合金粉末放入送粉器中；其中，粉末氧含量不大于0.20wt.％；二將基板固定在充氬惰性氣氛加工室的工作臺上；三在充氬惰性氣氛加工室內，當氧氣含量低于100ppm后，開始鈦合金增材制造成形；四在激光源作用下，將同步送進的Ti?6Al?4V合金粉末連續熔化沉積在基板上；在沉積過程中，通過控制沉積區能量密度和沉積區尺寸使得液?固轉變過程中冷卻速率為10³～10⁴k/s，β相向α相轉變過程中冷卻速率為100～400k/s；制備得到具有α/β界面相的Ti?6Al?4V合金零件。

技術領域

本發明涉及金屬材料先進制造領域，具體為一種能同時提高增材制造鈦合金強度和塑性的制備方法。

背景技術

鈦合金由于比強度高、熱強性好、耐腐蝕等優點，廣泛應用于航空、航天、航海等工業領域。α相和β相是鈦合金(Ti-6Al-4V)在室溫下穩定存在的兩種相，其比例、形態、分布等決定了鈦合金的使用性能。傳統制造技術(如鍛造)通常采用合適的工藝路線調整α相和β相的比例、形態和分布，從而達到最佳組織狀態以滿足使用要求。近年來迅速發展起來的激光增材制造技術由于具有快速加熱、快速冷卻的特點，制造出來的鈦合金通常具有排列混亂的針狀魏氏組織特征。這種組織類型一般強度較高、塑性較低，尤其是應變控制的疲勞性能亟待提升。因此，提高鈦合金塑性同時又不損傷其強度成為增材制造領域的研究重點。目前認為，取向不同的α/β界面通過阻礙位錯的運動從而提高材料的強度；但界面處顯著的位錯塞集為初始裂紋的萌生提供了條件，從而降低了材料塑性。通常改善增材制造鈦合金塑性的方法都是通過后續熱處理粗化α相尺寸，增加位錯滑移長度。這種方法不可避免的一個缺點就是降低了材料的強度。目前，在增材制造領域還未見能同時提高鈦合金強度和塑性的技術方法。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種能同時提高增材制造鈦合金強度和塑性的制備方法，在增材制造過程中，通過形成α/β界面相，從而能夠同時大幅度的提高Ti-6Al-4V合金的強度及塑性。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種能同時提高增材制造鈦合金強度和塑性的制備方法，包括下列步驟：

第一步，將粒度為-90～+325目的Ti-6Al-4V合金粉末放入送粉器中；其中，粉末氧含量不大于0.20wt.％；

第二步，將基板固定在充氬惰性氣氛加工室的工作臺上；

第三步，在充氬惰性氣氛加工室內，當氧氣含量低于100ppm后，開始鈦合金增材制造成形；

第四步，在激光源作用下，將同步送進的Ti-6Al-4V合金粉末連續熔化沉積在基板上；在沉積過程中，通過控制沉積區能量密度和沉積區尺寸使得液-固轉變過程中冷卻速率為10³～10⁴k/s，β相向α相轉變過程中冷卻速率為100～400k/s；制備得到具有α/β界面相的Ti-6Al-4V合金零件。

優選的，第三步中，通過如下步驟使得充氬惰性氣氛加工室內氧氣含量低于100ppm；

3.1充氬惰性氣氛加工室的進口和出口打開，將純度為大于等于99.99％的高純氬氣充入其中，混有氬氣的空氣從出口處排除；

3.2當充氬惰性氣氛加工室中氧含量低于800ppm時，進口和出口關閉，循環系統開始工作；

3.3加工室中含有空氣的氬氣進入循環系統，通過分子篩的過濾作用，濾掉空氣，將剩下的氬氣重新排入加工室內，以此循環往復，逐漸降低加工室內的氧氣含量，直至氧氣含量在100ppm以下。

優選的，第四步中，通過激光源加工頭的連續提升或者基板的連續下降，沉積高度≥60mm的Ti-6Al-4V合金零件。