[發明專利]一種面向激光增材制造應用的類TC4鈦合金

有效

• 申請號: 202010462036.7
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111455216B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 張鳳英;黃開虎;高盼盼;胡騰騰;李堯;孫志平
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;B22F1/00;B22F3/105;C22C1/04;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發明公開了一種面向激光增材制造應用的類TC4鈦合金，由以下質量百分含量的成分組成：Mo 1％～2％，Al 5.5％～6.8％，V 3.5％～4.5％，余量為Ti和不可避免的雜質；該類TC4鈦合金由干燥后的類TC4鈦合金的預合金粉末或元素混合粉末經激光增材制造方法制備得到。本發明類TC4鈦合金中加入Mo，在激光增材制造的熱循環作用下，有效實現了晶內α板條細化和α相體積分數提升的協同作用效果，提高了類TC4鈦合金強度和塑性；本發明的制備工藝簡單，操作響應快，易加工，制備過程無需坩堝或其他電極材料，避免了合金元素受到污染。

技術領域

本發明屬于金屬增材制造技術領域，具體涉及一種面向激光增材制造應用的類TC4鈦合金。

背景技術

鈦合金由于其比強度高、耐熱性能優良、耐腐蝕性能優異，常被廣泛應用于航空航天等領域。然而，目前零件逐漸趨于一體化、大型化、復雜化，傳統的制造方法(鑄造、鍛壓、軋制等)由于生產周期長、材料利用率低、成本高等局限性，使得鈦合金不能很好地依附于傳統的制造方法。因此，采用目前先進的激光增材制造技術制備鈦合金得到了良好的發展。激光增材制造技術能夠實現復雜零件的近凈成形，且生產不需模具，大大降低了生產成本及生產周期，因此與鈦及鈦合金的加工及制造具有較高的匹配度，受到越來越多研究學者的青睞。近些年來，大量國內外研究者對激光增材制造TC4鈦合金展開了研究，結果發現激光增材制造TC4鈦合金相對于傳統鍛造技術具有更高的強度。

然而，由于激光增材制造其特有的快速熔凝特性以及復雜的熱循環歷史特征，使得激光增材制造TC4鈦合金的凝固組織及原始晶內組織特征均不同于傳統加工技術制備的鈦合金。凝固組織呈現出沿100方向生長的粗大柱狀晶織構特點，原始β晶內形成細長α板條，使得激光增材制造鈦合金呈現出高強度、低塑性的力學行為特點，這表明現有TC4鈦合金成分并不是最適合激光增材制造的合金成分，無法最大限度發揮該技術的優勢。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種面向激光增材制造應用的類TC4鈦合金。該類TC4鈦合金中加入Mo，在激光增材制造的熱循環作用下，Mo促進了亞穩相ω和α'的形核和分解，有效地調控了初生和次生α相的尺度和含量，實現晶內α板條細化和α相體積分數提升的協同作用效果，進而提高基于激光增材制造的類TC4鈦合金強度和塑性，使其獲得優良的綜合力學性能。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種面向激光增材制造應用的類TC4鈦合金，其特征在于，由以下質量百分含量的成分組成：Mo 1％～2％，Al 5.5％～6.8％，V 3.5％～4.5％，余量為Ti和不可避免的雜質，該類TC4鈦合金的制備過程包括以下步驟：

步驟一、將類TC4鈦合金的預合金粉末或元素混合粉末在80℃～100℃的條件下干燥4h～5h；

步驟二、以步驟一中經干燥后的類TC4鈦合金的預合金粉末或元素混合粉末作為原料粉末，采用激光增材制造方法制備得到類TC4鈦合金；所述激光增材制造方法為激光立體成形法或者選區激光熔化法。

本發明在傳統TC4鈦合金的基礎上添加微量Mo元素，由于Mo的加入細化了鈦合金的組織，在激光增材制造的熱循環作用下，Mo促進了亞穩相ω和α'的形核和分解，從而能夠有效地調控初生和次生α相的尺度和含量，實現了大量的次生α相的析出，獲得了平均寬度小于1μm(亞微米級別)細小均勻的α相，即借助亞穩相形核和分解實現晶內α板條細化和體積分數提升的協同作用效果，進而提高了面向激光增材制造應用的類TC4鈦合金強度和塑性，使其獲得優良的綜合力學性能。