[發明專利]一種增材制造成形的鈦合金增韌抗磨方法

在審

• 申請號: 202110255208.8
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113275598A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 黃西娜;岳文;丁首斌;佘丁順;田斌;康嘉杰;付志強
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）;中國地質大學（北京）鄭州研究院
• 主分類號: B22F10/64
• 分類號: B22F10/64;C22F1/18;C22F1/02;B33Y40/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明專利公開了增材制造技術領域的一種增材制造成形的鈦合金增韌抗磨方法。該方法是將增材制造制備得到的鈦合金試樣依次進行退火處理、初次深冷處理、初次時效處理、二次深冷處理、二次時效處理，使增材制造的鈦合金試樣具有良好的韌性和摩擦學性能。在深冷和時效處理的反復作用下，促使鈦合金中的釩元素析出從而促進不穩定馬氏體相分解，并形成高密度位錯運動、誘導孿晶生成，處理后的鈦合金內部形成更細小的晶粒。采用該發明將深冷和時效循環處理應用于增材制造產品的后處理工藝，可以消除殘余應力、細化晶粒、形成高密度孿晶，使材料的韌性及摩擦學性能得到大幅度提升。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，具體為一種增材制造成形的鈦合金增韌抗磨方法。

背景技術

鈦合金具有比強度高、高/低溫性能穩定和耐腐蝕等優點，被廣泛應用于航空航天和生物醫療等領域。然而傳統的制造方法加工鈦合金零件生產成本高、周期長等問題限制了鈦合金的應用和發展。與傳統的減材制造方式不同，增材制造技術是基于數字化離散堆積的原理，在小批量、個性化定制、形狀復雜的金屬零件制作方面具有獨特的優勢。通過金屬材料增材制造技術可以縮短鈦合金材料生產流程、提高材料利用率，實現特殊結構的鈦合金零件制造。

金屬增材制造過程是以高能激光束或電子束為熱源，成形過程伴隨著復雜的熱傳遞過程，使成形零件的組織沿成形方向外延生長。成形的鈦合金零件普遍具有較高的殘余應力，且會形成針狀馬氏體等不利于鈦合金韌性的組織。除此之外，由于成形的鈦合金零件表面與次表面之間的結構穩定性能差，易產生裂紋及剝落，導致其摩擦學性能與傳統制造方法相比普遍較低。這些性能都會對增材制造成形的鈦合金帶潛在的應用風險。針對以上技術問題，需要提出一種新的增材制造成形的鈦合金增韌抗磨強化方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種增材制造成形的鈦合金增韌抗磨方法，以解決上述問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種增材制造成形的鈦合金增韌抗磨方法，包括以下步驟：

A、退火處理：將成形后的鈦合金置于真空熱處理爐中，加熱到450-650℃，保溫4-8小時，隨爐冷卻至室溫；B、初次深冷處理：將鈦合金試樣置于深冷處理爐，以制冷劑為冷卻介質通過調整制冷劑流量來控制降溫速率，在2-5小時內將溫度由室溫降到-160℃—- 196℃，保溫36-72小時，隨

后控制溫度在2-5小時內回升到室溫；C、初次時效處理：將鈦合金置于時效爐中，加熱溫度至450-550℃，保溫8-12小時，隨后將鈦合金空冷至室溫；D、二次深冷處理：將鈦合金置于深冷處理爐，以制冷劑為冷卻介質，通過調整制冷劑流量來控制降溫速率，在2- 5小時內將溫度由室溫降到-160℃—-196℃，保溫12-48小時，隨后

控制溫度在2-5小時內回升到室溫；E、二次時效處理：將鈦合金置于時效爐中，加熱溫度至500-550℃，保溫8-12小時，隨后將鈦合金在空氣中冷卻至室溫；

F、增材制造成形的鈦合金材料增韌抗磨強化完成。

優選的，為避免保溫過程中不穩定現象，深冷處理裝置內層具有滿足保溫效果的絕熱材料；優選的，強化方法適用的金屬增材制造的方式包括但不限于直接金屬燒結成型、激光選區燒結、激光選區熔化、電子束選區熔化、電子束同軸熔絲的金屬增材制造工藝；

此類金屬增材制造方式均會導致鈦合金材料沿成形方向的組織不均勻，存在大量不穩定相，且存在殘余拉應力，導致力學性能下降；優選的，強化方法適用的鈦合金材料包括但不限于α+β型鈦合金；此類α+β型鈦合金受到增材制造方法的冷卻速率影響較大，會形成不穩定的α'相或亞穩定β相，而在此強化處理過程中，α+β型鈦合金形成不穩定的α'

相或亞穩定β相會分解成為穩定的α+β相；優選的，制冷劑為可制造超低溫環境的冷卻介質，制冷劑包括但不限于液氧、液氬、液氮；依據所選擇深冷處理的最低溫度不同，可以適當更換冷卻介質，但對于所有的冷卻介質，都應嚴格控制強化處理過程中降溫及回溫速率；優選的，為保證強化過程使鈦合金材料達到組織均勻、不穩定相分解的最佳性能狀態，每個強化處理步驟與前一步驟的時間間隔不超過30分鐘。