[發(fā)明專(zhuān)利]一種增材制造用高強(qiáng)塑積Ti-Nb-Zr-Cr-Fe亞穩(wěn)β鈦合金及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211244102.9
• 申請(qǐng)日: 2022-10-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115627382A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方金祥;王嘉璇;何浩天;趙庚;陸見(jiàn)光
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C14/00
• 分類(lèi)號(hào): C22C14/00;C22C30/00;B22F9/08;B22F10/25;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 昆明明潤(rùn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 53215
• 代理人: 張?jiān)?/td>

本發(fā)明涉及一種增材制造用高強(qiáng)塑積Ti?Nb?Zr?Cr?Fe亞穩(wěn)β鈦合金及其制備方法，屬于增材制造亞穩(wěn)鈦合金技術(shù)領(lǐng)域。該增材制造用高強(qiáng)塑積Ti?Nb?Zr?Cr?Fe亞穩(wěn)β鈦合金，該亞穩(wěn)β鈦合金包括以下質(zhì)量百分比組分：Nb：22~29%；Zr：3~10%；Cr：1~8%；Fe：0.1%~5%；Ti：余量；以上組分質(zhì)量百分比之和為100%。本發(fā)明的合金具有優(yōu)秀的塑性。通過(guò)對(duì)合金成分的設(shè)計(jì)和相關(guān)元素粉末的控制，調(diào)控了合金β穩(wěn)定性，在變形過(guò)程中引入了應(yīng)變孿生效應(yīng)，提高了合金對(duì)成型過(guò)程中可能產(chǎn)生缺陷的容忍度，使合金獲得優(yōu)秀塑性，提高其損傷容限，有效避免了增材制造缺陷對(duì)鈦合金增材制造件應(yīng)用的負(fù)面影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種增材制造用高強(qiáng)塑積Ti-Nb-Zr-Cr-Fe亞穩(wěn)β鈦合金及其制備方法，屬于增材制造亞穩(wěn)鈦合金技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦合金屬于難加工金屬，對(duì)于形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者單件的鈦合金構(gòu)件，目前已經(jīng)大量采用增材制造成形。鈦合金激光增材制造組織為非平衡凝固鑄態(tài)組織，往往存在氣孔、夾雜，冷卻過(guò)程中溶質(zhì)再分配現(xiàn)象會(huì)引起成分偏析，并且由于復(fù)雜的溫度及應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)，材料組織及性能的均勻性較差。對(duì)于傳統(tǒng)鈦合金，其塑性較低，力學(xué)行為對(duì)缺陷較為敏感，因此，增材制造構(gòu)件的力學(xué)性能往往難以滿足使用需求，該問(wèn)題成為影響鈦合金增材制造進(jìn)一步廣泛應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題之一。

已有研究發(fā)現(xiàn)，亞穩(wěn)β鈦合金具有良好的塑性，該類(lèi)合金的力學(xué)行為對(duì)小尺寸的缺陷不敏感，因此，如能采用增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)亞穩(wěn)β鈦合金構(gòu)件的增材制造，則有望消除增材制造引入缺陷對(duì)構(gòu)件的負(fù)面效應(yīng)。

盡管亞穩(wěn)β鈦合金已有較多研究，如專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?021105494652，名稱(chēng)為“一種增強(qiáng)增韌亞穩(wěn)β鈦合金及其制備方法”，公開(kāi)了該增強(qiáng)增韌亞穩(wěn)β鈦合金各元素成分為：Al：3.7%~5.0%，Mo：4.7%~6.0%，V：4.5%~5.5%，Cr：4.5%~6.0%，Nb：0.5%~2.0%，O：0.05%~0.15%，余量為T(mén)i和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)元素總量不超過(guò)0.15%，以上組分重量百分比之和為100%。通過(guò)三次真空自耗熔煉、鍛造、固溶時(shí)效熱處理制備。但是并沒(méi)有對(duì)亞穩(wěn)β鈦合金增材進(jìn)行研究。

目前采用增材制造方法制備亞穩(wěn)β鈦合金的研究仍然很不充分，僅有少量工作被報(bào)道。目前已報(bào)道文獻(xiàn)中，增材制造專(zhuān)用亞穩(wěn)β鈦合金的設(shè)計(jì)、制備工藝、后處理工藝等均未見(jiàn)系統(tǒng)討論。因此，開(kāi)發(fā)適用于增材制造的專(zhuān)用亞穩(wěn)β鈦合金，探索其工藝參數(shù)及后處理方法，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有鈦合金增材制造工藝性能較差的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種增材制造用高強(qiáng)塑積Ti-Nb-Zr-Cr-Fe亞穩(wěn)β鈦合金及其制備方法。該亞穩(wěn)β鈦合金具有良好的成形性，制備獲得的塊體材料無(wú)氣孔、偏析等缺陷，同時(shí)具有較高的強(qiáng)度和突出的塑性，延伸率≥30%。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種增材制造用高強(qiáng)塑積Ti-Nb-Zr-Cr-Fe亞穩(wěn)β鈦合金，該亞穩(wěn)β鈦合金包括以下質(zhì)量百分比組分：Nb：22~29%；Zr：3~10%；Cr：1~8%；Fe：0.1%~5%；Ti：余量；以上組分質(zhì)量百分比之和為100%。

所述該亞穩(wěn)β鈦合金主要微觀結(jié)構(gòu)為體心立方等軸β晶粒。

一種增材制造用高強(qiáng)塑積Ti-Nb-Zr-Cr-Fe亞穩(wěn)β鈦合金的粉末制備方法，其具體步驟包括：

步驟1、將Ti、Nb、Zr、Cr和Fe分別制備得到對(duì)應(yīng)的金屬圓柱顆粒；

步驟2、將步驟1制備得到的金屬圓柱顆粒混合均勻，在真空熔煉爐中熔化得到熔融金屬液；

步驟3、以氬氣作為霧化介質(zhì)，將步驟2得到的熔融金屬液噴吹到霧化室中，在4~8MPa的壓力下霧化5~15分鐘，冷卻凝固后得到金屬粉末，過(guò)篩，得到粒度為100~200μm的增材制造用高強(qiáng)塑積Ti-Nb-Zr-Cr-Fe亞穩(wěn)β鈦合金的粉末。

所述步驟1中金屬圓柱顆粒直徑為3-10mm。