[发明专利]一种TiAl合金构件的快速近净成形方法

说明书

本发明公开了一种TiAl合金构件的快速近净成形方法，其特征在于：采用熔化极气体保护焊增材制造的方式进行成形，具体包括以下步骤：1)选用纯钛板材作为增材制造的基板；2)钛丝和铝丝分别通过各自的送丝装置送入对应的熔化极气体保护焊焊枪内，在焊枪的作用下产生放电形成熔池；3)将第一层熔体沉积在钛基板上；4)待第一层沉积结束，将第二层熔体沉积在第一层熔体上；5)依此重复多次，直至沉积至所需的TiAl合金构件尺寸。该TiAl合金构件具有γ‑TiAl组织且力学性能优异的特点。

技术领域

本发明属于有色金属合金热成形技术领域，具体涉及一种TiAl合金构件的快速近净成形方法。

背景技术

随着增材制造技术向高效率、低成本的方向发展，电弧熔丝增材制造技术以其成形效率高、制造周期短、小批量零件生产成本低等特点，越来越受到研究者和业界的青睐，许多研究机构和学者加入了研究行列，力求在增材制造领域占得先机。

作为一种金属间化合物，TiAl合金因其耐热、低密度、优异的机械性能和抗氧化性能吸引了众多研究者的目光，并被认为在航空航天、汽车工业等领域极具竞争力。但TiAl合金室温塑性差、脆性大、室温延伸率低、机加难度大等固有属性使其成形工艺异常复杂与困难，是TiAl合金尚未获得大量应用的主要障碍。大尺寸、复杂结构和形状的TiAl合金的加工成型依然是亟待解决的问题之一。

增材制造凭借其特有的技术优势在难加工金属材料的加工成型领域崭露头角。意大利Avio公司与瑞典Arcam公司开展合作，采用电子束增材制造，共同制造出了波音787飞机和波音747-8飞机使用的GEnx飞机发动机涡轮叶片。

国内的北京航空航天大学采用激光增材制造成套装备系统，制造出了包括TiAl合金在内的多种钛合金飞机结构部件。北京航空制造工程研究所研究了TiAl合金涡轮叶片电子束选区熔化成形技术。

同基于送粉的激光熔化沉积和基于送丝的电子束熔化沉积一样，电弧熔丝增材制造技术作为一种金属材料近净成形制造技术，在欧洲被视为一种低能耗、可持续的绿色环保制造技术。早在20世纪90年代中期，罗罗公司与克兰菲尔德大学合作开展了高温合金的电弧熔丝增材制造技术研究，并成功地将其应用于飞机发动机高温合金机匣的制造生产中。

因TiAl合金的工艺稳定性差，凝固和固态收缩应力大，易于产生裂纹等难点，因此，针对TiAl合金的电弧熔丝增材制造还未见报道。因Ti为活泼金属，在高温时极易与空气中的氧气、氮气发生反应，因此，传统的电弧熔丝增材对于制备出高性能的TiAl合金也存在一定的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种TiAl合金构件的快速近净成形方法，具有γ-TiAl组织且力学性能优异的特点。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种TiAl合金构件的快速近净成形方法，其特征在于：采用熔化极气体保护焊增材制造的方式进行成形，具体包括以下步骤：

1)选用纯钛板材作为增材制造的基板；

2)钛丝和铝丝分别通过各自的送丝装置送入对应的熔化极气体保护焊焊枪内，在焊枪的作用下产生放电形成熔池；

3)将第一层熔体沉积在钛基板上；

4)待第一层沉积结束，将第二层熔体沉积在第一层熔体上；

5)依此重复多次，直至沉积至所需的TiAl合金构件尺寸。

与传统的电弧熔丝相比，本发明采用熔化极气体保护焊，特别是对于活泼的金属Ti具有防止其与空气中的氧气、氮气等发生化学反应，提高了TiAl合金组织的纯净，从而为实现优异的力学性能提供保障。