[發(fā)明專利]一種激光熔覆增材制造TC18鈦合金組織細化和等軸化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110455213.3
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113355666B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設計）人: 徐勇;朱琳;董顯娟;劉奮成;陳樂平
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 馬莉

本發(fā)明公開了一種激光熔覆增材制造TC18鈦合金組織細化和等軸化方法，步驟為：1.將激光覆熔增材制造TC18鈦合金放置在熱處理爐中；2.初始加熱速度以4℃/min～6℃/min升溫至840℃～870℃；3.隨后以1℃/min～2℃/min的冷卻速度降溫至740℃～770℃；4.隨后又以2℃/min～4℃/min的加熱速度升溫至840℃～870℃；5.步驟3和步驟4作為一次循環(huán)，共循環(huán)處理3～12次；6.隨后出爐空冷，本發(fā)明適用于激光熔覆增材制造TC18鈦合金熱處理，以獲得細化和等軸化的顯微組織。

技術領域

本發(fā)明涉及金屬增材制造組織控制技術領域，尤其涉及一種激光熔覆增材制造TC18鈦合金組織細化和等軸化方法。

背景技術

鈦合金是增材制造技術廣泛研究的金屬材料之一，具有比強度高、耐蝕、耐低溫、無磁、生物相容性好等優(yōu)異的綜合性能，已在航空航天、交通運輸、生物醫(yī)療等領域獲得了廣泛的運用。然而，鈦合金的微觀組織由于在激光熔覆增材制造過程中快速凝固而顯示出柱狀晶粒，這種技術微觀結構通常出現在激光熔覆增材制造加工的零件中，且往往在激光熔覆沉積的過程中易形成垂直于激光掃描方向，貫穿整個熔覆沉積層的粗大柱狀晶，有研究表明，相比于等軸組織，柱狀晶粒形態(tài)會導致了鈦合金構件各向異性突出，塑性、疲勞強度和斷裂韌性較差，嚴重制約了其在航空航天領域的實際推廣應用。

目前，為解決鈦合金在激光熔覆增材制造過程中生成粗大柱狀晶的問題，細化激光熔覆鈦合金晶粒的方法主要分為化學處理(添加稀土元素)和物理處理(脈沖頻率、超聲振動等)。如中國明航大學楊廣峰和楊凡等分別向鈦合金粉末中添加稀土氧化物Gd₂O₃和CeO₂，細化了晶粒尺寸，減小了各向異性。但引入量過少強化效果不明顯，過多則會粗化晶粒，使其偏析、富集在晶界處，惡化材料性能。西安交通大學的張安峰等人在激光熔覆沉積Ti6Al4V過程中加入超聲振動，發(fā)現沉積時超聲振動可減少成性件的表面粗糙度和殘余應力，使β柱狀晶得以細化，成形件強度和延伸率略有升高。但是隨著沉積層的增加和構件尺寸的增大，超聲能場對構件頂端熔池中合金凝固的作用效果越來越小，所以這種技術難以應用于大尺寸鈦合金構件的增材制造。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于解決現有技術中存在的技術問題，提供一種激光熔覆增材制造TC18鈦合金組織細化和等軸化方法。

為實現上述目的，本發(fā)明提供的技術方案是：一種激光熔覆增材制造TC18鈦合金組織細化和等軸化方法，通過對激光熔覆增材制造TC18鈦合金零件進行循環(huán)熱處理，使粗大的柱狀晶轉變?yōu)榈容S晶并析出細小次生晶粒，具體包括以下步驟：

步驟1：將激光熔覆增材制造TC18鈦合金放在熱處理爐中隨爐加熱，設定加熱速度為4℃/min～6℃/min，以該加熱速度升溫至840℃～870℃；

步驟2：步驟1后以1℃/min～2℃/min的冷卻速度降溫至740℃～770℃；

步驟3：步驟2后以2℃/min～4℃/min的加熱速度升溫至840℃～870℃；

步驟4：將步驟2、3重復3～12次，出爐空冷。

優(yōu)選的，所述步驟1至步驟3中，熱處理溫度均在β轉變溫度下。

優(yōu)選的，所述步驟1至步驟3中，升溫過程加熱速度快，降溫過程冷卻速度慢。

本發(fā)明有益效果：

1.本發(fā)明方法通過循環(huán)熱處理可將粗大的柱狀晶細化并向等軸晶轉變。

2.本發(fā)明方法通過改變熱處理的循環(huán)次數，可調控晶粒細化和等軸化程度，從而可調控激光熔覆增材制造TC18鈦合金的各向異性程度。

3.本發(fā)明使用熱處理爐循環(huán)熱處理，工藝簡單，無污染對環(huán)境友好。

附圖說明