[發(fā)明專利]一種電弧/電子束熔絲增材制造用鈦合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811226439.0
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109161727B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝力偉;李靜;王新南;朱知壽
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航發(fā)北京航空材料研究院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/03;C22F1/18;B33Y70/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

本發(fā)明屬于鈦合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電弧/電子束熔絲增材制造用鈦合金及其制備方法。所述鈦合金的成分重量百分比為：鋁6.0％～7.2％，釩3.8％～5.0％，鋯0.5％～2.5％，氧0.08％～0.11％，余量為鈦和雜質(zhì)，其中，雜質(zhì)的重量百分比為：鐵≤0.25％，碳≤0.08％，氮≤0.03％，氫≤0.012％。本發(fā)明針對電弧/電子束熔絲增材制造技術(shù)的工藝特點(diǎn)，充分利用鋁、釩、鋯、氧合金元素對增材制造鈦合金構(gòu)件的強(qiáng)韌化作用機(jī)制，得到了一種適用于電弧/電子束熔絲增材制造技術(shù)用的鈦合金，采用該鈦合金絲材制備的增材制造鈦合金構(gòu)件具有良好的強(qiáng)度、塑性、韌性、疲勞性能匹配。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電弧/電子束熔絲增材制造用鈦合金及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦合金因具有密度小、比強(qiáng)度高、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為先進(jìn)飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。為適應(yīng)耐久性/損傷容限設(shè)計(jì)需要，國內(nèi)外航空飛行器關(guān)鍵構(gòu)件大量采用具有高斷裂韌度、高裂紋擴(kuò)展門檻值、低裂紋擴(kuò)展速率的損傷容限型鈦合金，如美國F-22飛機(jī)的中后機(jī)身主承力隔框、機(jī)身機(jī)翼連接長梁等大型復(fù)雜整體關(guān)鍵構(gòu)件采用β退火的損傷容限型Ti-6Al-4V ELI鈦合金，降低了結(jié)構(gòu)重量，提高了疲勞壽命和安全可靠性。目前，大型復(fù)雜整體鈦合金關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件主要采用傳統(tǒng)的“鍛造成形+機(jī)械切削加工”的制備方法，存在著材料利用率低、加工周期長以及組織性能均勻性控制難度大等技術(shù)難題，且鍛造和機(jī)械切削加工對場地、設(shè)備、工裝模具的要求非常嚴(yán)格，生產(chǎn)成本高，快速響應(yīng)能力低。

鈦合金電弧/電子束熔絲增材制造技術(shù)是以鈦合金絲材為原料，通過熔化絲材逐層堆積來快速制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件，具有沉積速度快、材料利用率高、構(gòu)件力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn)，對成形件尺寸不敏感，為大型復(fù)雜整體鈦合金構(gòu)件研制提供了一種高效、快捷、低成本制造的技術(shù)途徑。目前，電弧/電子束熔絲增材制造用鈦合金絲材大多采用傳統(tǒng)的鍛造或鑄造鈦合金制成，申請人在研究中發(fā)現(xiàn)，采用同成分的鍛造或鑄造鈦合金制成的絲材，在電弧/電子束熔絲增材制造工藝條件下，會(huì)發(fā)生明顯合金元素?zé)龘p，使元素含量超出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限范圍，導(dǎo)致制件的力學(xué)性能尤其是強(qiáng)韌性降低；為了獲得所希望的強(qiáng)度級別，現(xiàn)有增材制造用鈦合金絲材的氧元素含量一般控制在0.12％以上，雖然獲得了足夠的強(qiáng)度水平，但塑性、韌性、疲勞性能降低，綜合性能匹配難以達(dá)到預(yù)期水平；此外，采用現(xiàn)有技術(shù)制備的鈦合金絲材存在著尺寸精度不高、形態(tài)控制不均勻、生產(chǎn)效率和成材率偏低等問題，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用過程中產(chǎn)生夾絲、斷絲、送絲不暢等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了電弧/電子束熔絲增材制造技術(shù)對生產(chǎn)效率、制件尺寸精度以及內(nèi)部質(zhì)量的控制要求。隨著鈦合金電弧/電子束熔絲增材制造技術(shù)的快速發(fā)展，對高品質(zhì)鈦合金絲材的需求越來越迫切，電弧/電子束熔絲增材制造技術(shù)用鈦合金絲材的制備方法有待進(jìn)一步深入研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種適用于電弧/電子束熔絲增材制造用鈦合金及其制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

所述鈦合金的成分重量百分比為：鋁6.0％～7.2％，釩3.8％～5.0％，鋯0.5％～2.5％，氧0.08％～0.11％，余量為鈦和雜質(zhì)，其中，雜質(zhì)的重量百分比為：鐵≤0.25％，碳≤0.08％，氮≤0.03％，氫≤0.012％。

鈦合金的重量百分比組成為：鋁6.0％～6.4％，釩3.9％～4.6％，鋯1.2％～1.8％，氧0.09％～0.11％，余量為鈦和雜質(zhì)。

鈦合金的重量百分比組成為：鋁6.2％～6.8％，釩4.1％～4.7％，鋯0.9％～1.5％，氧0.08％～0.10％，余量為鈦和雜質(zhì)。

鈦合金的重量百分比組成為：鋁6.6％～7.1％，釩4.4％～4.9％，鋯0.6％～1.3％，氧0.08％～0.11％，余量為鈦和雜質(zhì)。

鈦合金的重量百分比組成為：鋁6.5％～7.0％，釩4.3％～4.8％，鋯1.9％～2.4％，氧0.08％～0.10％，余量為鈦和雜質(zhì)。