[发明专利]一种能同时提高增材制造钛合金强度和塑性的制备方法

说明书

本发明一种能同时提高增材制造钛合金强度和塑性的制备方法，其包括下列步骤：一将粒度为‑90～+325目的Ti‑6Al‑4V合金粉末放入送粉器中；其中，粉末氧含量不大于0.20wt.％；二将基板固定在充氩惰性气氛加工室的工作台上；三在充氩惰性气氛加工室内，当氧气含量低于100ppm后，开始钛合金增材制造成形；四在激光源作用下，将同步送进的Ti‑6Al‑4V合金粉末连续熔化沉积在基板上；在沉积过程中，通过控制沉积区能量密度和沉积区尺寸使得液‑固转变过程中冷却速率为10³～10⁴k/s，β相向α相转变过程中冷却速率为100～400k/s；制备得到具有α/β界面相的Ti‑6Al‑4V合金零件。

技术领域

本发明涉及金属材料先进制造领域，具体为一种能同时提高增材制造钛合金强度和塑性的制备方法。

背景技术

钛合金由于比强度高、热强性好、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空、航天、航海等工业领域。α相和β相是钛合金(Ti-6Al-4V)在室温下稳定存在的两种相，其比例、形态、分布等决定了钛合金的使用性能。传统制造技术(如锻造)通常采用合适的工艺路线调整α相和β相的比例、形态和分布，从而达到最佳组织状态以满足使用要求。近年来迅速发展起来的激光增材制造技术由于具有快速加热、快速冷却的特点，制造出来的钛合金通常具有排列混乱的针状魏氏组织特征。这种组织类型一般强度较高、塑性较低，尤其是应变控制的疲劳性能亟待提升。因此，提高钛合金塑性同时又不损伤其强度成为增材制造领域的研究重点。目前认为，取向不同的α/β界面通过阻碍位错的运动从而提高材料的强度；但界面处显著的位错塞集为初始裂纹的萌生提供了条件，从而降低了材料塑性。通常改善增材制造钛合金塑性的方法都是通过后续热处理粗化α相尺寸，增加位错滑移长度。这种方法不可避免的一个缺点就是降低了材料的强度。目前，在增材制造领域还未见能同时提高钛合金强度和塑性的技术方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种能同时提高增材制造钛合金强度和塑性的制备方法，在增材制造过程中，通过形成α/β界面相，从而能够同时大幅度的提高Ti-6Al-4V合金的强度及塑性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种能同时提高增材制造钛合金强度和塑性的制备方法，包括下列步骤：

第一步，将粒度为-90～+325目的Ti-6Al-4V合金粉末放入送粉器中；其中，粉末氧含量不大于0.20wt.％；

第二步，将基板固定在充氩惰性气氛加工室的工作台上；

第三步，在充氩惰性气氛加工室内，当氧气含量低于100ppm后，开始钛合金增材制造成形；

第四步，在激光源作用下，将同步送进的Ti-6Al-4V合金粉末连续熔化沉积在基板上；在沉积过程中，通过控制沉积区能量密度和沉积区尺寸使得液-固转变过程中冷却速率为10³～10⁴k/s，β相向α相转变过程中冷却速率为100～400k/s；制备得到具有α/β界面相的Ti-6Al-4V合金零件。

优选的，第三步中，通过如下步骤使得充氩惰性气氛加工室内氧气含量低于100ppm；

3.1充氩惰性气氛加工室的进口和出口打开，将纯度为大于等于99.99％的高纯氩气充入其中，混有氩气的空气从出口处排除；

3.2当充氩惰性气氛加工室中氧含量低于800ppm时，进口和出口关闭，循环系统开始工作；

3.3加工室中含有空气的氩气进入循环系统，通过分子筛的过滤作用，滤掉空气，将剩下的氩气重新排入加工室内，以此循环往复，逐渐降低加工室内的氧气含量，直至氧气含量在100ppm以下。

优选的，第四步中，通过激光源加工头的连续提升或者基板的连续下降，沉积高度≥60mm的Ti-6Al-4V合金零件。