[发明专利]一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺

说明书

本发明属于增材制造先进航天材料热处理及其制备的大型复杂零件变形控制技术领域，具体涉及一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，用于保证米级大型结构件增材制造结构件成功制造。采用成形和热处理相互交叉去应力方案，成形1～4和去应力退火1～4交叉进行，流程为：成形1→去应力退火1→成形2→去应力退火2→成形3→去应力退火3→成形4→去应力退火4。本发明通过去应力热处理保证大型TC11钛合金结构件3D打印成形过程中不发生严重变形或开裂，同时保证产品力学性能满足设计要求。

技术领域

本发明属于增材制造先进航天材料热处理及其制备的大型复杂零件变形控制技术领域，具体涉及一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，用于保证米级大型结构件增材制造结构件成功制造。

背景技术

激光熔化成形(3D打印)兴起初期由于产品多集中于复杂小型产品，方便快捷及突出的性能是主要考虑因素，变形问题虽存在但未引起足够重视，随着3D打印成形结构件尺寸不断增加，至目前的米级航天结构件，成形过程中出现的变形甚至开裂问题日益凸显，已经引起国内外科研生产单位的高度重视。虽然各国都在展开积极的探索并取得了显著效果，但是出于保密的原因，目前尚无统一标准可以参考。

某型号捆绑支座包络尺寸达1400×350×750mm³，采用3D打印成形过程中由于热应力过大出现严重变形甚至开裂现象，严重制约型号任务的顺利交付，成为型号产品生产的瓶颈。

去应力退火被认为是一种性价比极高的消除残余热应力，保证成形成功的热处理方法，前期根据3D打印成形产品的材料、结构特点及变形开裂问题，航天一院211厂开展了去应力退火工艺的摸索，并与成形生产部门密切配合不断调整生产工序及相应参数，通过增加中间去应力退火的工艺保证产品的顺利成形，经过多批次产品的反复摸索试验，最终确定了大型米级3D打印成形TC11捆绑支座成形相匹配的去应力退火工艺，该工艺在对产品使用性能不产生不利影响的前提下，最大限度的降低3D打印成形过程中产生的残余热应力，防止成形中途出现大变形甚至开裂现象，实现了大型结构件的成形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，通过去应力热处理保证大型TC11钛合金结构件3D打印成形过程中不发生严重变形或开裂，同时保证产品力学性能满足设计要求。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，采用成形和热处理相互交叉去应力方案，成形1～4和去应力退火1～4交叉进行，流程为：成形1→去应力退火1→成形2→去应力退火2→成形3→去应力退火3→成形4→去应力退火4。

成形和去应力退火中间放置时间必须严格控制在4h以内，即在4h以内产品必须入炉开始升温保温；升温速率控制采用阶段升温控制的方式，即室温装炉，随炉升温至200±10℃保温≥0.5h，随后每升温100±10℃保温≥0.5h，升温至规定的保温温度后按照各阶段规定的时间进行保温；保温结束后，随炉降温至150±10℃以下后出炉空冷。

所述的成形1高度≤125mm；所应用的结构件高度为750mm。

所述的成形2高度≤250mm。

所述的成形3高度≤450mm。

所述的成形4高度约为750mm。

所述的去应力退火1：保温温度550±10℃，保温时间4～6h。

所述的去应力退火2：保温温度600±10℃，保温时间4～6h。

所述的去应力退火3：保温温度600±10℃，保温时间4～6h。

所述的去应力退火4：保温温度850±10℃，保温时间2-3h。