[發明專利]一種大型鈦鋁合金構件電子束熔絲增材制造方法

有效

• 申請號: 202110335964.1
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113118606B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 陳鑫;劉建光;彭俊陽;沈衛國;王衛東;葛增如;張嘉振
• 申請（專利權）人: 中國商用飛機有限責任公司北京民用飛機技術研究中心;中國商用飛機有限責任公司
• 主分類號: B23K15/00
• 分類號: B23K15/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明提供了一種大型鈦鋁合金構件電子束熔絲增材制造方法，所述增材制造方法包括以下步驟：S1：選擇基板并對基板進行前期處理和固定；S2：建立鈦鋁合金構件的成形三維模型，對成形三維模型進行分層切片及路徑規劃；S3：加熱基板并保持溫度；S4：將絲材在真空環境進行送進，保持絲材與基板的夾角，絲材和電子束共面且在基板表面匯聚在同一點，絲材在電子束輻照下熔化，按照S2中設定的路徑進行單層沉積；S5：重復S4，逐層沉積，直到完成零件成形；S6：停止基板加熱，待成形的零件冷卻到室溫后，將零件同基板一同取出。本發明可以顯著提升鈦鋁合金構件的成形質量和成形尺寸。

【技術領域】

本發明屬于增材制造定向能量沉積領域，尤其涉及一種大型鈦鋁合金構件電子束熔絲增材制造方法。

【背景技術】

鈦鋁合金具有密度低、模量高、高溫強度高、高溫抗氧化性能良好和高溫蠕變抗力優異等優點，高溫下鈦鋁合金具有和鎳基高溫合金基本相當的力學性能，但密度不及其一半。輕質耐熱的鈦鋁合金在航空航天和汽車等領域具有廣闊的應用前景。但是，鈦鋁合金存在室溫塑性低、難加工等問題，許多學者對鈦鋁合金的新型成形工藝進行探索，如選區成形鈦鋁合金等。由于鈦鋁合金的室溫塑性極低，室溫拉伸延伸率小于1％，使得鈦鋁合金在制造過程中極易出現零件開裂，從而導致零件報廢。如何提高鈦鋁合金的成形質量和成形尺寸一直是核心問題。增材制造是一種以三維模型為基礎，通過高能束熱源將原材料逐層熔化、沉積，形成最終零件的先進制造方法。其中，電子束增材制造具有功率大、能量利用率高、材料利用率高、制造周期短等優勢。

電子束增材制造根據材料送進方式分為電子束選區熔化成形和電子束定向能量沉積。電子束選區熔化成形技術制造精度高、成形效率低，一般成形小型復雜零件；電子束定向能量沉積技術成形效率高，可成形尺寸較大的構件。由于電子束定向能量沉積過程為真空環境，只能采用送絲方式進行原料送進，不能采用送粉的方式，因此又稱為電子束熔絲技術。目前，鈦鋁合金難以通過拉拔方式制成絲材，采用常規的絲材無法實現電子束熔絲成形鈦鋁合金構件。

中國發明專利201910848831.7公開了一種鈦鋁合金構件的快速近凈成形方法，采用熔化極氣體保護焊增材制造的方式進行成形，鈦絲和鋁絲分別通過各自的送絲裝置送入對應的熔化極氣體保護焊焊槍內，在焊槍的作用下產生放電形成熔池，依此重復多次，直至沉積至所需的TiAl合金構件尺寸。工藝簡單，成形時間短，有效降低成本。但該工藝并沒有考慮鈦鋁合金塑性低、易開裂的問題，不適用于成形大尺寸鈦鋁合金構件，且成形原料為鈦絲和鋁絲，成形件的合金成分單一，無法利用其他合金元素進行強韌化。

中國發明專利201210467106.3公開了一種鈦鋁合金復雜構件的快速制造方法，該方法將鈦鋁合金粉末裝入電子束快速成形機的送粉箱中，以一定的鋪粉厚度平鋪于鋪粉臺上，輸入掃描參數，在真空條件下對鈦鋁合金粉末進行逐層掃描燒結，燒結結束后得到鈦鋁合金復雜零件。該方法可用于制造小型復雜的鈦鋁合金零件，不適用于成形大尺寸鈦鋁合金構件。

因此，有必要研究一種大型鈦鋁合金構件電子束熔絲增材制造方法來應對現有技術的不足，以解決或減輕上述一個或多個問題。

【發明內容】

有鑒于此，本發明提供了一種大型鈦鋁合金構件電子束熔絲增材制造方法，利用藥芯焊絲作為絲材，采用電子束熔絲配合原位加熱臺增材制造鈦鋁合金構件，可以顯著提升鈦鋁合金構件的成形質量和成形尺寸。

一方面，一種大型鈦鋁合金構件電子束熔絲增材制造方法，所述增材制造方法包括以下步驟：

S1：選擇基板并對基板進行前期處理和固定；

S2：建立鈦鋁合金構件的成形三維模型，對成形三維模型進行分層切片及路徑規劃；

S3：加熱基板并保持溫度；

S4：將絲材在真空環境進行送進，保持絲材與基板的夾角，絲材和電子束共面且在基板表面匯聚在同一點，絲材在電子束輻照下熔化，按照S2中設定的路徑進行單層沉積；