[發明專利]一種提高激光選區熔化α-β型鈦合金疲勞性能的熱處理方法

有效

• 申請號: 202111207016.6
• 申請日: 2021-10-15
• 公開（公告）號: CN113996812B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 閆泰起;陳冰清;孫兵兵;雷楊;張國會
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: B22F10/64
• 分類號: B22F10/64;B22F10/28;B33Y40/20;C22F1/18
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 孟慶浩

本發明屬于金屬材料先進制造領域，涉及一種提高激光選區熔化α?β型鈦合金疲勞性能的熱處理方法，所述方法中α?β型鈦合金經過應力退火和熱等靜壓處理后，再經過溫度為溫度(Tsubgt;β/subgt;?350)～(Tsubgt;β/subgt;?250)℃的高溫時效處理，熱處理后獲得的α?β型鈦合金中具有少量等軸α相，經上述得到的激光選區熔化α?β型鈦合金制件，其由激光選區熔化成形過程產生的原始粗大β晶粒及晶粒內針狀馬氏體α’相消失，取而代之的是由β基體、片層狀α相和少量等軸α相組成的近網籃組織。同時鈦合金制件內部的微孔及微裂紋等缺陷閉合，片層狀α相組成的網籃組織自身具有良好的疲勞強度，加之網籃組織中夾雜的少量等軸α相可增加疲勞裂紋的擴展難度，使得制件的疲勞性能顯著提高。

技術領域

本發明屬于金屬材料先進制造領域，涉及一種提高激光選區熔化α-β型鈦合金疲勞性能的熱處理方法，尤其涉及一種在不犧牲強度和塑性的前提下，提高激光選區熔化α-β型鈦合金疲勞性能的熱處理方法。

背景技術

鈦合金具有良好的室溫及高溫力學性能，具有低密度、高比強度、高耐腐蝕性等諸多性能優勢，廣泛應用于航空航天等尖端領域。其中，α-β型鈦合金具有較好的可焊性，可熱處理強化，非常適合增材制造技術。隨著先進航空航天裝備對減重及性能的要求越來越高，目前的設計中越來越多地采用復雜整體結構件，這些復雜構件采用傳統鑄造、鍛造方法無法實現制造。增材制造技術為解決航空航天領域α-β型鈦合金復雜零件的加工制造難題提供了可行的技術途徑。

目前，增材制造鈦合金零件在航空航天領域有大量應用需求，包括功能結構和承力結構。增材制造α-β型鈦合金復雜結構零件如要滿足這些先進高端裝備的使用需求，其各項力學性能均需達到型號技術要求，尤其對承力構件更需要保證疲勞性能。疲勞斷裂是工程應用中結構件最常見的失效形式之一，據統計，約80％～90％的構件失效都是由疲勞引起的。

激光選區熔化成形過程是一個快熱快冷的過程：隨著高能束激光的快速掃描，鈦合金粉末瞬間熔化并迅速凝固。該過程導致最終成形的α-β型鈦合金組織為粗大β晶粒及晶粒內針狀馬氏體α’相組成的魏氏組織，該組織一般疲勞性能較低。同時，激光選區熔化成形過程中容易產生孔隙及微裂紋等隨機缺陷，分布在制件表面或近表面的缺陷往往會成為疲勞裂紋的起始源，進一步降低鈦合金制件的疲勞性能及穩定性。

因此，對于增材制造α-β型鈦合金零件，如何保證并獲得較高的疲勞性能水平，是實現型號應用需要解決的關鍵技術之一。在采用增材制造技術制備鈦合金零件時，除了要采用合適的成形參數外，還需通過合理的熱處理方法，在保證制件具有較高致密度、較好強度、塑性等靜力性能的基礎上，從微觀組織調控和缺陷消除等方面進一步提升制件的疲勞性能，這在實際工程應用中具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是：提供了一種激光選區熔化α-β型鈦合金的熱處理方法，能夠顯著提高其疲勞性能，疲勞強度≥700MPa，優于同種材料鍛件的水平。

為解決此技術問題，本發明的技術方案是：

一種提高激光選區熔化α-β型鈦合金疲勞性能的熱處理方法，所述熱處理方法中α-β型鈦合金經過應力退火和熱等靜壓處理后，再經過溫度為(T_β-350)～(T_β-250)℃的高溫時效處理，其中，T_β為α-β型鈦合金的β相轉變溫度。

熱處理后獲得的α-β型鈦合金中具有少量等軸α相，等軸α相體積占比為5～20％。

經上述步驟得到的激光選區熔化α-β型鈦合金制件，其由激光選區熔化成形過程產生的原始粗大β晶粒及晶粒內針狀馬氏體α’相消失，取而代之的是由β基體、片層狀α相和少量等軸α相組成的近網籃組織。同時，鈦合金制件內部的微孔及微裂紋等缺陷閉合。缺陷的閉合可明顯減少疲勞源，片層狀α相組成的網籃組織自身具有良好的疲勞強度，加之網籃組織中夾雜的少量等軸α相可增加疲勞裂紋的擴展難度，三種優化效果的疊加使得制件的疲勞性能得到顯著提高。