【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及增材制造，尤其涉及一種ti2alnb基合金絲材、其制備方法及在電弧增材制造中的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、ti2alnb合金是一種具有優(yōu)良力學(xué)性能和耐高溫性能的金屬材料，由鈦(ti)、鋁(al)和鈮(nb)等元素組成。由于其具有低密度、高強(qiáng)度和高硬度等優(yōu)點(diǎn)，ti2alnb合金被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、電子設(shè)備和化工等領(lǐng)域。
2、在過去的幾十年中，金屬增材制造技術(shù)已經(jīng)成為一種具有巨大潛力的制造方法。通過在具有一定形狀的工件表面上逐層堆疊金屬材料，利用激光或電弧等能源將材料熔化并形成新的層，最終實(shí)現(xiàn)對金屬構(gòu)件的制造。這種技術(shù)不僅可以大大縮短制造周期，還可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造，為傳統(tǒng)制造方法無法實(shí)現(xiàn)的功能提供了嶄新的可能性。
3、中國專利文獻(xiàn)cn110977108a公開了一種ti2alnb基合金結(jié)構(gòu)件的電弧增材制造方法及其所用裝置，該專利技術(shù)首先構(gòu)建三維實(shí)體模型，然后經(jīng)切片處理，生成加工程序，并導(dǎo)入控制系統(tǒng)；將鈦絲、鋁絲和鈮絲同時(shí)送入焊槍下方，進(jìn)行電弧增材制造，其中鈦絲和鈮絲進(jìn)行輔助加熱，該專利技術(shù)克服了傳統(tǒng)制備方法存在的偏析問題以及鋁燒損的問題，但是該方法需要同時(shí)對鈦絲和鈮絲進(jìn)行輔助加熱，操作較為復(fù)雜，不易控制，另外直接使用鈦絲、鋁絲和鈮絲進(jìn)行電弧增材制造，沒有對原料成分的配比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)會(huì)影響材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種原料配方經(jīng)過設(shè)計(jì)優(yōu)化、性能好的ti2alnb基合金
2、為了實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用了如下的技術(shù)方案：
3、第一方面，本專利技術(shù)提供了一種ti2alnb基合金絲材，包含以下質(zhì)量百分比的組分：10～11％?al，41～43％?nb，0.02％～0.06％?b，0.01％～0.03％?ta，余量為ti及不可避免的雜質(zhì)。
4、第二方面，本專利技術(shù)還提供了上述ti2alnb基合金絲材的制備方法，包括如下步驟：
5、s1按照ti2alnb基合金絲材各化學(xué)元素組成比例配置原料進(jìn)行熔煉和澆鑄得到鑄錠；
6、s2將步驟s1制得的鑄錠加工成圓柱錠后分別在1050～1100℃、920～960℃進(jìn)行鐓拔循環(huán)得到鍛坯；
7、s3將步驟s2鐓拔后的鍛坯進(jìn)行退火熱處理；
8、s4將步驟s3熱處理后的鍛坯進(jìn)行擠壓得到絲材；
9、s5對步驟s4制得的絲材進(jìn)行表面處理去除絲材表面氧化物，即得到ti2alnb基合金絲材。
10、優(yōu)選的，所述s1步驟中原料為純度99.7％～99.9％的鋁條；純度99.7～99.9％的鈮屑；純度99.7％～99.9％的硼粉；純度99.7％～99.9％的鉭粉；純度99.7％～99.9％的鈦塊；本領(lǐng)域技術(shù)人員通過鋁條、鈮屑、硼粉、鉭粉、鈦塊中各金屬元素的含量能夠計(jì)算得到本專利技術(shù)ti2alnb基合金絲材要求的各組分的投入量。
11、優(yōu)選的，所述步驟s1中，所述熔煉步驟是在真空懸浮熔煉爐中進(jìn)行，所述真空懸浮熔煉爐預(yù)熱功率為150～250kw，熔煉功率320kw～400kw，并在真空度達(dá)到0.5～0.8pa以后充入氬氣；所述真空懸浮熔煉爐內(nèi)放置有電磁攪拌裝置，電磁攪拌裝置的參數(shù)為：電壓350～400v，電流為280～320a，頻率為3～6hz，攪拌時(shí)間為30s～60s。本專利技術(shù)將合金原料在真空電磁感應(yīng)熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，熔煉的過程中可以通過電磁攪拌技術(shù)降低氣體、夾雜物和有害元素的含量，再進(jìn)行澆鑄可以得到高純凈高均質(zhì)的鑄錠用于制備電弧增材制造用ti2alnb合金絲材。
12、優(yōu)選的，所述步驟s2中，圓柱錠規(guī)格為ф90mm～110mm×390mm～410mm；將鑄錠加工成圓鑄錠后可以使內(nèi)部組織更加均勻，鑄造過程中產(chǎn)生的組織缺陷和晶粒偏析可以通過加工得到改善，從而提高材料的均勻性和穩(wěn)定性。
13、優(yōu)選的，所述步驟s2中，鐓拔循環(huán)的循環(huán)次數(shù)為每個(gè)溫度范圍2-3次，變形量為30％～50％；鍛拔循環(huán)一方面有助于消除鑄錠中可能存在的缺陷和氣孔，改善材料的組織結(jié)構(gòu)，提高其均勻性和強(qiáng)度；另一方面還可以消除材料中的殘余應(yīng)力，提高其熱穩(wěn)定性，降低在高溫環(huán)境下發(fā)生變形和斷裂的風(fēng)險(xiǎn)；有利于后續(xù)擠壓成絲材；其中變量過高可能導(dǎo)致材料發(fā)生過度的塑性變形，使晶粒長大而逆向粗化，從而降低材料的強(qiáng)度和韌性，也可能導(dǎo)致材料出現(xiàn)裂紋和變形不均勻等質(zhì)量問題；變形量過低則可能無法達(dá)到預(yù)期的晶粒細(xì)化效果，材料的性能改善效果不明顯，同時(shí)可能出現(xiàn)組織非均勻性和內(nèi)部應(yīng)力等問題，因此將變形量控制在30％～50％。
14、優(yōu)選的，所述步驟s2中，鐓拔循環(huán)后還需要對坯料進(jìn)行滾圓成型和100％打磨修傷；通過滾圓和打磨修傷，可以使坯料表面更加光滑平整，去除表面缺陷和氧化層，提高表面質(zhì)量及坯料的圓度、直徑精度，使其尺寸更加精確，符合要求的尺寸公差，有利于優(yōu)化坯料的內(nèi)部組織，進(jìn)一步減少內(nèi)部應(yīng)力和提高了組織均勻性。
15、優(yōu)選的，所述s3步驟中，退火熱處理步驟為960～970℃保溫2h后空冷至室溫；在鐓拔后的鍛坯進(jìn)行退火熱處理，可以消除加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力和晶界的劣化，提高合金的機(jī)械性能和穩(wěn)定性。
16、優(yōu)選的，所述s4步驟中，擠壓得到絲材的直徑為0.8～1.5mm。
17、優(yōu)選的，所述s4步驟中，表面處理步驟為絲材勻速通過定徑機(jī)，在小于10％減徑率條件下，利用機(jī)械方式去除絲材表面氧化物；對絲材進(jìn)行表面處理可以有效地去除表面氧化物，提高絲材的表面質(zhì)量，有利于后續(xù)的加工和應(yīng)用。
18、第三方面，本專利技術(shù)還提供了上述ti2alnb基合金絲材在電弧增材制造中的應(yīng)用，具體包括如下步驟：
19、a1：固定純鈦基板后預(yù)熱，安裝ti2alnb基合金絲材，然后置于惰性氣體氣氛下中；
20、a2：編寫增材制造過程中掃描路徑程序，將ti2alnb基合金絲材電弧熔化沉積在純鈦基板上，完成預(yù)先設(shè)定工件形狀的增材制造，得電弧增材制造工件。
21、優(yōu)選的，所述a2步驟中增材制造的工藝參數(shù)為：增材制造機(jī)的電流為70a～75a，送絲速度為700～800mm/min，掃描速度為10～15mm/s，掃描間距為1.5～2mm，分層層厚為1.5mm～2mm。
22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果：
23、1)本專利技術(shù)提供的ti2alnb基合金絲材，通過深入研究合金元素含量、制造工藝控制及熱處理工藝優(yōu)化，系統(tǒng)試驗(yàn)了合金的微觀組織及高溫力學(xué)性能，最終確定了合金的最佳元素組成與制備工藝，在鑄造工藝上通過優(yōu)化熔煉、鑄錠、鑄圓、鐓拔循環(huán)、退火熱處理、擠壓及表面處理等步驟，得到的絲材組織均勻，有效提高了電弧增材制造用ti2alnb合金焊絲的力學(xué)性能，進(jìn)一步提高了增材制造工件的力學(xué)性能；
24、2)本專利技術(shù)在ti2alnb基合金的成分設(shè)計(jì)上，重點(diǎn)添加了b元素和ta元素，b元素的加入可能會(huì)在晶界處形成強(qiáng)化相，如硼化鈦、硼化鋁、硼化鈮，可以有本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種Ti2AlNb基合金絲材，其特征在于，包含以下質(zhì)量百分比的組分：10～11％Al，41～43％Nb，0.02％～0.06％B，0.01％～0.03％Ta，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。
2.一種權(quán)利要求1所述Ti2AlNb基合金絲材的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述S1步驟中原料為純度99.7％～99.9％的鋁條；純度99.7～99.9％的鈮屑；純度99.7％～99.9％的硼粉；純度99.7％～99.9％的鉭粉；純度99.7％～99.9％的鈦塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述步驟S1中，所述熔煉步驟是在真空懸浮熔煉爐中進(jìn)行；所述真空懸浮熔煉爐內(nèi)放置有電磁攪拌裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：圓柱錠規(guī)格為Ф90mm～110mm×390mm～410mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述鐓拔循環(huán)的次數(shù)為每個(gè)溫度范圍2-3次，變形量為30％～50％。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的制備方法，其特征
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述S3步驟中，退火熱處理步驟為960～970℃保溫1-3h后空冷至室溫。
9.一種權(quán)利要求1所述Ti2AlNb基合金絲材在電弧增材制造中的應(yīng)用，其特征在于，包括如下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于：所述A2步驟中增材制造的工藝參數(shù)為：增材制造機(jī)的電流為70A～75A，送絲速度為700～800mm/min。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種ti2alnb基合金絲材，其特征在于，包含以下質(zhì)量百分比的組分：10～11％al，41～43％nb，0.02％～0.06％b，0.01％～0.03％ta，余量為ti及不可避免的雜質(zhì)。
2.一種權(quán)利要求1所述ti2alnb基合金絲材的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述s1步驟中原料為純度99.7％～99.9％的鋁條；純度99.7～99.9％的鈮屑；純度99.7％～99.9％的硼粉；純度99.7％～99.9％的鉭粉；純度99.7％～99.9％的鈦塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述步驟s1中，所述熔煉步驟是在真空懸浮熔煉爐中進(jìn)行；所述真空懸浮熔煉爐內(nèi)放置有電磁攪拌裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：史昆，劉時(shí)兵，王禹，張志勇，劉田雨，李欣，劉泊良，
申請(專利權(quán))人：中國機(jī)械總院集團(tuán)沈陽鑄造研究所有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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