[發明專利]一種提高激光熔覆成形Ti-5321鈦合金強度的熱處理方法

在審

• 申請號: 202310193636.1
• 申請日: 2023-03-03
• 公開（公告）號: CN116254491A
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 劉國政;趙永慶;賈蔚菊;高廣睿;趙秦陽;周偉;毛成亮;呼丹
• 申請（專利權）人: 東北大學;西北有色金屬研究院;長安大學;西安賽福斯材料防護有限責任公司
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C23C24/10
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發明公開了一種提高激光熔覆成形Ti?5321鈦合金強度的熱處理方法，該方法對激光熔覆成形Ti?5321鈦合金進行多重熱處理工藝，使得激光熔覆成形的粗片層α轉變為超細針狀α，從而提高激光熔覆成形Ti?5321鈦合金的強度。本發明通過對激光熔覆成形Ti?5321鈦合金進行多重熱處理工藝，使得激光熔覆成形的粗片層α轉變為超細針狀α，通過調控α相的尺寸及形貌組織類型，大幅提高了激光熔覆成形Ti?5321鈦合金的強度至超過1400MPa，滿足了實際應用對高強Ti?5321鈦合金的需求；本發明的工藝流程簡單，易于實現，適用于工業生產，具有良好的推廣前景。

技術領域

本發明屬于鈦合金材料技術領域，具體涉及一種提高激光熔覆成形Ti-5321鈦合金強度的熱處理方法。

背景技術

激光熔覆成形技術是一種突破傳統減材制造加工方法，集計算機技術、激光技術和材料加工技術為一體的高效、快速的近凈成形增材制造技術。該技術能夠大大縮短設計時間，快速成形復雜結構，極大縮短開發周期并降低成本，在航空航天、國防和軍工裝備等領域具有廣闊應用前景。與鑄造、鍛造、焊接等傳統成形加工技術相比，尤其在成形和修復形狀復雜的零件方面，該技術具有無可比擬的優勢。

為滿足我國航空航天對高性能鈦合金的需求，從材料成分創新的角度出發，綜合考量高強鈦合金Ti-1300和TC21，設計和研發出一種兼具高強度和高塑韌性的新型鈦合金Ti-5321鈦合金(Ti-5Al-3Mo-3V-2Zr-2Cr-1Nb-1Fe)。該合金為Mo當量11.5的亞穩β鈦合金，具有較大的組織調控空間。激光熔覆成形技術制備的Ti-5321鈦合金抗拉強度僅1100MPa級水平，無法滿足航空領域對超高強鈦合金的需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種提高激光熔覆成形Ti-5321鈦合金強度的熱處理方法。該方法通過對激光熔覆成形Ti-5321鈦合金進行多重熱處理工藝，使得激光熔覆成形的粗片層α轉變為超細針狀α，以調控α相的尺寸及形貌組織類型，大幅提高了激光熔覆成形Ti-5321鈦合金的強度，解決了激光熔覆成形Ti-5321鈦合金構件強度偏低的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種提高激光熔覆成形Ti-5321鈦合金強度的熱處理方法，其特征在于，該方法對激光熔覆成形Ti-5321鈦合金進行多重熱處理工藝，使得激光熔覆成形的粗片層α轉變為超細針狀α，從而提高激光熔覆成形Ti-5321鈦合金的強度。

現有技術中的熱處理制度，不能有效地消除激光熔覆成形Ti-5321鈦合金的內部殘余應力，更不能使組織具有良好的均勻性，獲得具有超高強度的組織。本發明通過對激光熔覆成形Ti-5321鈦合金進行多重熱處理工藝，不僅有效消除了成形殘余應力，還有效調控了激光熔覆成形Ti-5321鈦合金的原始組織，使得激光熔覆成形的粗片層α轉變為超細針狀α，改善了α相的尺寸和形貌，而超細針狀α的尺寸較小，無脆性的晶界α，并交錯排列編織成網籃狀，具有極高的強度，且超細針狀α斷裂時為穿晶斷裂，比粗片層α具有更高的抗斷裂能力，從而大幅提高了激光熔覆成形Ti-5321鈦合金的強度，通常其抗拉強度提高至超過1400MPa，滿足了實際應用對高強Ti-5321鈦合金的需求。

上述的一種提高激光熔覆成形Ti-5321鈦合金強度的熱處理方法，其特征在于，所述多重熱處理工藝包括以下步驟：

步驟一、將激光熔覆成形Ti-5321鈦合金加熱至530℃～540℃并保溫6h～8h，然后空冷至室溫；

步驟二、將步驟一中空冷至室溫的激光熔覆成形Ti-5321鈦合金加熱至870℃～890℃并保溫1h～2h，然后空冷至室溫；

步驟三、將步驟二中空冷至室溫的激光熔覆成形Ti-5321鈦合金加熱至570℃～580℃并保溫6h～8h，然后空冷至室溫。