【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于增材制造高強(qiáng)鈦合金，具體涉及一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金的方法。
技術(shù)介紹
1、高強(qiáng)鈦合金由于具有密度低、強(qiáng)度高且耐蝕等特點，被廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。近年來，采用增材制造工藝制備鈦合金復(fù)雜零件逐漸成為航空航天裝備輕量化的首選工藝之一。然而，由于高強(qiáng)鈦合金含有大量β穩(wěn)定元素，導(dǎo)致此類合金采用增材制造工藝制備后，基體內(nèi)析出大量細(xì)針狀α相，使相關(guān)合金的延伸率顯著低于鍛態(tài)水平。
2、現(xiàn)有技術(shù)中采用增材制造工藝調(diào)控合金組織，得到的高強(qiáng)鈦合金的抗拉強(qiáng)度約為1200～1300mpa，延伸率小于5％，展現(xiàn)出了高強(qiáng)低塑的特點。因此，面對鈦合金設(shè)計應(yīng)用需求，急需開發(fā)出一種兼顧合金強(qiáng)塑性關(guān)系的高強(qiáng)鈦合金制備方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法。該方法通過前置的真空自耗電極電弧熔煉和等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉，極大的保證了粉末的質(zhì)量，再利用電子束增材制造和熱處理調(diào)控鈦合金樣品的組織，得到組織均勻，強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金，制備的強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金在抗拉強(qiáng)度大于1300mpa的同時保持5％以上的延伸率。
2、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
3、步驟一、將鈦合金原料進(jìn)行真空自耗電極電弧一次熔煉，得到一次鑄錠，然后將2塊或3塊一次鑄錠焊
4、步驟二、將步驟一中得到的二次鑄錠加工為圓棒，然后將圓棒進(jìn)行等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉，得到鈦合金粉末；
5、步驟三、將步驟二中得到的鈦合金粉末進(jìn)行電子束增材制造，得到鈦合金樣品；
6、步驟四、將步驟三中得到的鈦合金樣品進(jìn)行熱處理，得到強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金。
7、本專利技術(shù)先將鈦合金原料進(jìn)行壓制，得到一次自耗電極，然后進(jìn)行真空自耗電極電弧一次熔煉，得到一次鑄錠，再將2塊～3塊一次鑄錠焊接后，得到二次自耗電極，進(jìn)行真空自耗電極電弧二次熔煉，得到二次鑄錠，其中一次自耗電極和二次自耗電極分別作為陰極，銅坩堝作為陽極，在真空或惰性氣氛中，將一次自耗電極或二次自耗電極在電弧高溫加熱下迅速熔化，形成熔池并進(jìn)行攪拌，一些易揮發(fā)雜質(zhì)將擴(kuò)散到熔池表面被去除，合金的化學(xué)成分經(jīng)攪拌達(dá)到充分均勻；本專利技術(shù)將二次鑄錠加工為圓棒，并在一端車削螺紋與等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化設(shè)備電極心軸相連，將圓棒固定在旋轉(zhuǎn)電極裝置上，進(jìn)行等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉。
8、本專利技術(shù)通過前置的真空自耗電極電弧熔煉和等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉來制造增材制造專用的鈦合金粉末，極大的保證了粉末的質(zhì)量，再利用電子束增材制造，得到鈦合金樣品，隨即利用熱處理調(diào)控鈦合金樣品的組織，得到組織均勻，強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金。
9、上述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟一中所述一次鑄錠的質(zhì)量為10kg～25kg，形狀為直徑90mm～120mm，高度320mm～500mm的圓柱體，所述二次鑄錠的質(zhì)量為20kg～50kg，形狀為直徑120mm～160mm，高度320mm～500mm的圓柱體。本專利技術(shù)通過控制真空自耗電極電弧熔煉的參數(shù)，使制備的二次鑄錠經(jīng)簡單加工后直接用于等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉，有效提高材料利用率與加工效率。
10、上述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟二中所述加工為采用熱加工或機(jī)加工將二次鑄錠加工為具有金屬光澤的圓棒，所述圓棒的直徑為30mm～75mm。本專利技術(shù)通過控制加工的參數(shù)，使圓棒適配大多數(shù)的等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化設(shè)備。
11、上述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟二中所述等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉過程中利用等離子弧加熱并熔化圓棒的端面，進(jìn)行甩粉工藝，其中電極的轉(zhuǎn)速為20000r/min～32000r/min，電流為1100a～1500a，電壓為50v～60v，然后通過粉篩收集粒徑為20μm～150μm的鈦合金粉末。本專利技術(shù)通過控制等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉的參數(shù)，使粒徑為20μm～150μm的鈦合金粉末的收粉率大于90％，同時也保證了鈦合金粉末的質(zhì)量，使鈦合金粉末通過后續(xù)處理得到強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金。
12、上述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟三中所述電子束增材制造的參數(shù)為：預(yù)熱溫度為700℃～760℃，掃描電流為10ma～17ma，掃描速度為3m/s～6m/s。本專利技術(shù)通過控制電子束增材制造的參數(shù)，有效兼顧鈦合金的增材制造精度、成型質(zhì)量與成型效率，保證了后續(xù)制備的強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金的性能。
13、上述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟四中所述熱處理的過程為：將馬弗爐升溫至850℃～880℃，隨即將鈦合金樣品置于馬弗爐內(nèi)，保溫1h～2h，然后以0.1℃/min～0.5℃/min的降溫速率隨爐冷卻至700℃～750℃，之后取出鈦合金樣品空冷至室溫，再將馬弗爐升溫至500℃～580℃，隨即將空冷至室溫的鈦合金樣品置于馬弗爐內(nèi)，保溫2h～6h，最后空冷。本專利技術(shù)先將馬弗爐升溫至850℃～880℃，即相變點以上30℃～50℃，將鈦合金樣品置于馬弗爐內(nèi)，保溫1h～2h，使鈦合金樣品中增材制造過程生成的細(xì)小針狀α相在熱處理保溫過程中發(fā)生回溶，然后以0.1℃/min～0.5℃/min的降溫速率隨爐冷卻至700℃～750℃，之后空冷至室溫，令α相在β晶界上與β晶界內(nèi)不連續(xù)析出與長大，有效保障鈦合金的塑性強(qiáng)度，隨后，將馬弗爐再次升溫至500℃～580℃，并將空冷至室溫的鈦合金樣品置于馬弗爐內(nèi)，保溫2h～6h，最后空冷，使鈦合金樣品內(nèi)析出大量網(wǎng)籃組織，使鈦合金在保證塑性不低于工程使用需求即延伸率不低于5％的前提下，顯著提高強(qiáng)度。
14、上述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟四中所述強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金在抗拉強(qiáng)度大于1300mpa的同時保持5％以上的延伸率。
15、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
16、1、本專利技術(shù)通過前置的真空自耗電極電弧熔煉和等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉來制造增材制造專用的鈦合金粉末，極大的保證了粉末的質(zhì)量，再利用電子束增材制造，得到鈦合金樣品，隨即利用熱處理調(diào)控鈦合金樣品的組織，得到組織均勻，強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金，制備的強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金在抗拉強(qiáng)度大于1300mpa的同時保持5％以上的延伸率。
17、2、本專利技術(shù)通過進(jìn)行兩次真空自耗電極電弧熔煉，去除易揮發(fā)雜質(zhì)，使鈦合金的化學(xué)成分達(dá)到充分均勻，通過控制真空自耗電極電弧熔煉的參數(shù)，使制備的二次鑄錠經(jīng)簡單加工后直接用于等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉，有效提高材料利用率與加工效率。<本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種采用增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟一中所述一次鑄錠的質(zhì)量為10kg～25kg，形狀為直徑90mm～120mm，高度320mm～500mm的圓柱體，所述二次鑄錠的質(zhì)量為20kg～50kg，形狀為直徑120mm～160mm，高度320mm～500mm的圓柱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟二中所述加工為采用熱加工或機(jī)加工將二次鑄錠加工為具有金屬光澤的圓棒，所述圓棒的直徑為30mm～75mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟二中所述等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉過程中利用等離子弧加熱并熔化圓棒的端面，進(jìn)行甩粉工藝，其中電極的轉(zhuǎn)速為20000r/min～32000r/min，電流為1100A～1500A，電壓為50V～60V，然后通過粉篩收集粒徑為20μm～150μm的鈦合金粉末。p>
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟三中所述電子束增材制造的參數(shù)為：預(yù)熱溫度為700℃～760℃，掃描電流為10mA～17mA，掃描速度為3m/s～6m/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟四中所述熱處理的過程為：將馬弗爐升溫至850℃～880℃，隨即將鈦合金樣品置于馬弗爐內(nèi)，保溫1h～2h，然后以0.1℃/min～0.5℃/min的降溫速率隨爐冷卻至700℃～750℃，之后取出鈦合金樣品空冷至室溫，再將馬弗爐升溫至500℃～580℃，隨即將空冷至室溫的鈦合金樣品置于馬弗爐內(nèi)，保溫2h～6h，最后空冷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟四中所述強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金在抗拉強(qiáng)度大于1300MPa的同時保持5％以上的延伸率。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種采用增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟一中所述一次鑄錠的質(zhì)量為10kg～25kg，形狀為直徑90mm～120mm，高度320mm～500mm的圓柱體，所述二次鑄錠的質(zhì)量為20kg～50kg，形狀為直徑120mm～160mm，高度320mm～500mm的圓柱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟二中所述加工為采用熱加工或機(jī)加工將二次鑄錠加工為具有金屬光澤的圓棒，所述圓棒的直徑為30mm～75mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于增材制造工藝制備強(qiáng)塑性兼顧的高強(qiáng)鈦合金方法，其特征在于，步驟二中所述等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉過程中利用等離子弧加熱并熔化圓棒的端面，進(jìn)行甩粉工藝，其中電極的轉(zhuǎn)速為20000r/min～32000r/min，電流為1100a～1500a，電壓為5...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：牛京喆，賈亮，張學(xué)哲，劉楠，
申請(專利權(quán))人：西北有色金屬研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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