[發明專利]一種激光選區熔化TC4原位退火去殘余應力方法

有效

• 申請號: 201710254587.2
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN106891006B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 王森;王國玉;劉基權;王林志;陳添
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;C22F1/18;B33Y10/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 王貴君

本發明涉及一種減小選區激光熔化增材制造TC4鈦合金薄壁件的殘余應力的方法，通過精準控制重熔工藝的能量密度輸入、重熔次數，實現打印過程自退火的功能，減小選區激光熔化增材制造TC4鈦合金薄壁件的殘余應力，實現了TC4薄壁件的快速成型，抑制打印過程中的開裂/變形，有利于選區激光熔化制造技術在航空領域精密薄壁件制造中的推廣應用。

技術領域

本發明屬于選區激光熔化增材制造領域，涉及一種激光選區熔化TC4原位退火去殘余應力方法。

背景技術

選區激光熔化增材制造技術(以下簡稱SLM)的出現，減少了傳統機加工方式在TC4鈦合金薄壁件制造過程中的材料浪費，縮短產品研發周期，并且其力學性能優異。然而受制于快速熔凝過程中材料屬性、激光參數、掃描策略等影響，SLM增材制造零部件內部積累極高的殘余應力，特別是針對航空領域應用的TC4薄壁件，逐層累積的殘余應力在打印過程中以變形/開裂的方式釋放，造成試件在成形過程中便產生不可逆的損傷，導致極高的成形失敗率，極大制約了利用SLM技術制備TC4薄壁件。

目前，有兩種方法來應對選區激光融化鈦合金殘余應力釋放問題，一是對試件進行去應力退火，201510508138.7對如何通過控制后期熱處理工藝來消除殘余應力做了詳盡闡述，該方法只適用于已經完成成形的試件，另外一種方法是預熱打印基板，減小成形過程沿粉末沉積方向的溫度梯度，削弱殘余應力積累，但受限于機器內部器件能承受的溫度，目前商用機器預熱溫度加載一般都在200℃左右，而TC4需要近750℃才能實現去應力退火，所以急需一種操作簡單方便的方法來減小制造過程中TC4鈦合金薄壁件殘余應力。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：減小制造過程中TC4鈦合金薄壁件殘余應力積累，解決TC4薄壁件制造過程中的開裂/變形行為。根據去應力退火原理，通過對SLM技術工藝深入研究，提出SLM成形過程中的原位退火方法，即對當前打印層已凝固表面再次輸入能量，實現殘余應力大小調控，減小制造過程中鈦合金薄壁件殘余應力積累。

有鑒于此，本發明的目的是提供一種激光選區熔化TC4原位退火去殘余應力方法達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

1.一種激光選區熔化TC4原位退火去殘余應力方法，包括以下步驟：

(1)鋪一層鈦合金粉末，對當前打印鈦合金粉末層熔化并凝固；

(2)對步驟(1)已經熔化并凝固的單層進行激光重熔，所述的重熔次數為1～10次；

(3)重復步驟(1)-(2)直到TC4鈦合金薄壁件制造完畢。

進一步，步驟(1)粉末熔化的工藝條件是：鋪粉厚度0.03～0.05mm，激光功率180～220W，光斑直徑0.05～0.08mm，曝光時間110～130μs，激光點距0.07～0.08mm，掃描間距0.14-0.16mm，5～10mm大小的棋盤格掃描方式。

進一步，步驟(2)重熔條件是：激光功率150～190W，光斑直徑0.14～0.5mm，曝光時間125～300μs，激光點距0.03～0.1mm，掃描間距0.04～0.1mm，5～10mm大小的棋盤格掃描方式，重熔能量密度大于2.22J/mm²。

2.一種激光選區熔化TC4原位退火去殘余應力方法，包括以下步驟：

(1)鋪一層鈦合金粉末，對當前打印鈦合金粉末層熔化并凝固；

(2)重復步驟(1)2～10次，形成多層鈦合金凝固層；

(3)對步驟(2)已經熔化并凝固的多層鈦合金凝固層進行激光重熔，所述的重熔次數為1～10次；

(4)重復步驟(1)-(3)直到TC4鈦合金薄壁件制造完畢。