[发明专利]一种基于激光选区熔化成形技术制备TA32钛合金零件的方法

说明书

一种基于激光选区熔化成形技术制备TA32钛合金零件的方法。本发明属于钛合金激光增材制造领域。本发明解决了传统铸造和锻造工艺方法加工难度大、制备的TA32结构件内部组织难以消除裂纹、疏松和缩孔等缺陷的技术问题。一、选用TA32球形钛合金粉末作为原材料；二、构建所需目标零件的结构模型，对构建的模型添加支撑，二维切片后导入激光选区熔化成形设备；三、设置激光选区熔化成形加工过程的加工工艺参数，并进行激光选区熔化成形加工；四、将加工完成的零件依次进行线切割、热处理和表面处理，得到TA32钛合金零件。本发明的方法能防止元素偏析，消除材料组织裂纹、疏松、缩孔等缺陷，还有能在一定程度上细化组织晶粒，提升材料的整体性能。

技术领域

本发明属于钛合金激光增材制造领域，具体涉及一种基于激光选区熔化成形技术制备TA32钛合金零件的方法。

背景技术

激光选区熔化成形技术作为增材制造技术的一种实施方式，由粉床选区激光烧结技术发展而来，以金属粉末为加工原料，采用高能密度激光束将铺洒在金属基板上的粉末逐层熔覆堆积，从而形成金属零件的制造技术。其基本原理为：首先，利用切片技术将连续的三维CAD数模离散成具有一定层厚及顺序的分层切片；第二，提取每一层切片所产生的轮廓并根据切片轮廓设计合理的激光器扫描路径、激光扫描速度、激光强度等，并转换成相应的计算机数字控制程序；第三，计算机控制可升降系统上升，粉末碾轮将粉末从粉末储存室推送到零件成形室工作台上的基板，同时激光器在计算机指令控制下，按照预先设置的扫描程序进行扫描，溶化铺洒在基板上的粉末，熔覆生成与这一层形状、尺寸一致的熔覆层；最后，粉末储存室上移而零件成形室下移一个切片厚度并重复上述过程，逐层熔覆堆积直到形成CAD模型所设计的零件。

目前国内工程应用较为成熟的TA15钛合金只能满足低于500℃部位的选材要求，而高于500℃的部位需要使用耐温更高、高温持久强度更高的TA32等热强钛合金。TA32钛合金作为一种近α相的高温钛合金，是在TA12合金的基础上改进得到，新添加了Ta、Nb等元素，在铝当量不变的情况下，增加了β相的稳定性，使其耐热能力突出，热稳定性强，热裂纹敏感系数低，可在低于550℃的温度长时间使用,短时使用温度可达600℃。采用传统铸造和锻造的工艺方法很难达到结构件的一次进净成形，在其内外表面均需留有余量，提高了后续机加工的难度，同时传统工艺制备的TA32结构件内部组织难以消除裂纹、疏松、缩孔等缺陷。

发明内容

本发明解决了传统铸造和锻造工艺方法加工难度大、制备的TA32结构件内部组织难以消除裂纹、疏松和缩孔等缺陷的技术问题，而提供了一种基于激光选区熔化成形技术制备TA32钛合金零件的方法。

本发明的一种基于激光选区熔化成形技术制备TA32钛合金零件的方法具体步骤如下：

一、选用TA32球形钛合金粉末作为激光选区熔化成形用原材料；

二、构建所需目标零件的结构模型，对构建的模型添加支撑，然后进行二维切片，二维切片后导入激光选区熔化成形设备；

三、设置激光选区熔化成形加工过程的加工工艺参数，并进行激光选区熔化成形加工；所述加工工艺参数为：基板预设温度为200～300℃，激光功率为150W～450W，粉末层厚为30μm～60μm，扫描速率为800mm/s～1400mm/s，扫描间距为90μm～130μm；通过该加工工艺参数的限定，获得的成形件性能相对较稳定，在快速的激光熔化冷凝过程，能避免由于体积收缩造成的应力缺陷，减小裂纹和空隙，防止严重的试件断裂裂纹产生；

四、将加工完成的零件依次进行线切割、热处理和表面处理，得到TA32钛合金零件；所述热处理过程为：以5℃/min～10℃/min的升温速率，由室温升温至600～800℃，在该温度下保温1h～2h后，随炉冷却。