[發明專利]一種提高3D打印鈦合金點陣結構強韌性的熱處理方法

有效

• 申請號: 202110406028.5
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113275599B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 楊鑫;賴楊凱;馬文君;王婉琳;張兆洋;王犇;王風輝;孫晨皞
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: B22F10/64
• 分類號: B22F10/64;C22F1/18;B33Y40/20;B33Y10/00;B33Y80/00;B22F10/28
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 徐瑤

本發明公開了一種提高3D打印鈦合金點陣結構強韌性的熱處理方法，首先制備3D打印的鈦合金點陣結構；然后進行一次固溶，在特定溫度范圍進行固溶處理，進行空冷；再次進行二次固溶，在特定溫度進行固溶處理，然后進行空冷；處理后的材料進行時效處理，空冷后得到熱處理后的3D打印的鈦合金點陣結構材料；本發明通過采用雙重固溶以及時效的組合熱處理工藝，來提高3D打印鈦合金點陣結構的韌性與強度，同時消除材料內部殘余應力，改善了鈦合金點陣結構材料的綜合力學性能，擴展了3D打印鈦合金點陣結構材料的應用領域；對于各類3D打印金屬材料性能的改善均有借鑒作用。

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，涉及一種提高3D打印鈦合金點陣結構強韌性的熱處理方法。

背景技術

金屬3D打印技術在制備和生產復雜結構件方面具有突出優勢，在打印過程中通過逐層打印的方式構造所需形狀的結構件，不僅有效降低了生產復雜結構件的難度，而且還能保證復雜結構件的精度。具有尺寸精度高、表面質量好、成形件性能優異等優點。但是3D打印的零部件存在組織不均勻、力學性能分散、高殘余應力和延伸率低等缺點，需通過熱處理的方法調控組織的形態、含量和尺度，提高3D打印零部件的綜合力學性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種提高3D打印鈦合金點陣結構強韌性的熱處理方法，解決現有技術中3D打印的鈦合金點陣結構的高強度、低韌性以及其沉積態殘余應力大的問題，發展消除或減弱不利影響因素的手段方法，提高3D打印制備的點陣結構構件的韌性，消除殘余應力的同時保持或者提高其原有強度。

本發明所采用的技術方案是，一種提高3D打印鈦合金點陣結構強韌性的熱處理方法，具體按以下步驟實施：

步驟1，首先制備3D打印的鈦合金點陣結構；

步驟2，一次固溶，在特定溫度范圍進行固溶處理，然后進行空冷；

步驟3，二次固溶，再次在特定溫度進行固溶處理，然后進行空冷；

步驟4，將步驟3處理后的材料進行時效處理，空冷后得到熱處理后的3D打印的鈦合金點陣結構材料。

本發明的特點還在于：

其中步驟1中鈦合金粉末為Ti64；

其中步驟1中點陣結構鈦合金3D打印成型的方法為：將鈦合金粉末置于3D打印設備的供粉倉中，調節基板的預熱溫度和鈦合金粉末的鋪粉層厚，用激光進行掃描照射，熔融凝固后重新鋪粉打印，多次重復至粉末燒結實體結構成型與基板結合；

其中3D打印設備采用Mlab cusing R增材制造設備，所述基板的預熱溫度為180℃～200℃，鋪粉層厚25μm，激光功率為100W，掃描速率為600mm/s，掃描間距為80μm，打印掃描采用預掃描和棋盤式掃描的掃描方式；

其中打印成型方法中在3D打印設備內氧氣含量低于600ppm時添加粉末，完成粉末添加后通入氬氣直至氧含量低于100ppm后開始打印；

其中步驟1中每次打印前將Ti64合金粉末在烘干箱中120℃干燥2h；

其中步驟1中采用的點陣結構單胞為F2CCZ結構，單胞的數量為3*3*20，單胞支柱長度為1mm，支柱直徑為0.33mm、0.25mm、0.2mm，即長徑比分別為3、4和5；

其中步驟2中一次固溶處理的溫度為1030℃，時間為120min；

其中步驟3中二次固溶處理的溫度為1000℃，時間為60min；

其中步驟4中時效處理的溫度為600℃，保溫時間為6h。

本發明的有益效果是：