[發明專利]一種利用脈沖電流改善增材制造鈦合金各向異性的方法

有效

• 申請號: 202110481468.7
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113249668B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 佟運祥;王福斌;王建東;姜風春;李莉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C22F3/00
• 分類號: C22F3/00;B22F10/60;B33Y40/20
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本發明提供一種利用脈沖電流改善增材制造鈦合金合各向異性的方法，解決了現有后處理技術耗能大、耗時多、難推廣、對于大型構件效果差的難題。方法如下：(一)將增材制造合金構件表面進行清理。(二)將上述合金通過夾具固定，然后接入脈沖電源兩端，保持夾具與工件的完整接觸；(三)將夾持好的構件水平放置在特定的裝置上，保持水平；(四)調節電壓、頻率和作用時間，利用脈沖電流對增材制造鈦合金進行處理；(五)關閉脈沖電流，待構件冷卻至室溫環境后取下。本發明具有工藝簡單、實施快速、易于實現批量生產、可應用于大型工件處理，適用范圍廣等優點，可應用于增材制造鈦合金、不銹鋼、鋁合金與高溫合金等及相應構件。

技術領域

本發明屬于激光增材制造材料成形加工領域，具體涉及一種利用脈沖電流改善增材制造鈦合金組織與性能各向異性的加工方法。

背景技術

鈦合金具有比強度高、耐腐蝕性好、耐熱性高等特點，常被用來制造重要結構中的梁、接頭和隔框等重要承力構件。這些構件對合金的力學性能以及性能的各項異性均有較高要求。

鈦合金冷加工變形抗力大，難以獲得復雜形狀的零件。增材制造技術為復雜形狀鈦合金零件的加工提供了解決途徑。通過高功率激光/電子束等高能束熔化同步輸送的鈦合金粉末，逐層堆積成形零件，具有無模具、短周期、省材料等特點。但是由于成形過程加熱和冷凝速度快的特點，激光增材制造鈦合金組織由貫穿多個熔覆層呈外延生長的粗大原始β柱狀晶組成，并且在后續的冷卻過程中存在沿沉積方向的溫度梯度，致使體心立方β相向密排六方α'相轉變的過程中，六方晶密排方向沿熱流方向形成11-20擇優取向。該方向為鈦合金滑移系方向，導致工件在沿著滑移方向和垂直滑移方向上的明顯各向異性，造成組織和力學性能的各向異性，往往無法滿足對合金性能各向同性要求比較高的應用需求。

目前，消除各向異性的途徑是進行多次的熱處理。專利(CN111074185A)公開了一種鈦合金消除各向異性的工藝，該發明需要將鈦合金在700℃以上保溫5h,在400℃-600℃保溫4h，過程中涉及多次的加熱降溫過程。

發明內容

本發明所用技術手段脈沖電流是一種瞬時高能輸入方式。與傳統熱處理單一熱場不同，利用脈沖電流與焦耳熱的耦合作用，脈沖電流外場可加快偏析元素原子擴散速率，打破熱擴散極限，從而明顯加速構件中的相變過程，重構微觀組織結構達到改善各向異性的目的。

針對傳統熱處理消除增材制造鈦合金各向異性工藝中存在耗時長、能耗大、工藝復雜等不足，本發明提供了一種利用脈沖電流改善增材制造鈦合金構件性能各向異性的工藝。采用本發明所述技術方案，在適當的工藝參數下，僅需要20s即可減弱合金力學性能的各向異性，提升材料的綜合力學性能。

本發明技術方案如下：

一種利用脈沖電流改善增材制造鈦合金的力學性能各向異性的方法。本發明改善增材制造合金各向異性的方法如下：

(1)將利用增材制造技術制備的沉積態合金表面進行清理；

(2)將上述合金通過夾具固定，然后再由純銅導線接入脈沖電源兩端，保持夾具與工件的完全接觸，避免接頭處的電阻過高；

(3)將夾持好的合金水平放置；

(4)設置電壓為50-380V、頻率為100-400Hz，使脈沖電流作用于合金，經過10-120s后關閉脈沖電源；

(5)待合金冷卻至室溫后，即可從夾具取下。

進一步地，所述合金的增材制造技術包括激光直接沉積技術、激光選區熔化技術、電子束增材制造技術或電弧增材制造技術，以及上述增材制造技術的組合。

進一步地，所述脈沖電流輸出設備為高頻率脈沖電源，通過調整電壓、電流即可獲得不同的處理效果。通過外接示波器，可以實時檢測工件中的電流情況。

進一步地，脈沖電流的方向與構件熱梯度方向垂直。