[发明专利]一种基于缺陷形态调控激光选区熔化成形钛合金工艺的方法

说明书

本发明涉及钛合金材料技术领域，具体涉及一种基于缺陷形态调控激光选区熔化成形钛合金工艺的方法。首先对激光选区熔化成形钛合金的显微组织进行检测，分析确定成形钛合金内部的缺陷类型，然后根据缺陷类型对成形工艺参数进行优化，具体优化如下：缺陷为不规则形状，说明能量密度较低，可以通过提高激光功率或降低扫描速度进行调整；缺陷为规则球形，说明能量密度过高，可以通过降低激光功率或提高扫描速度进行优化调整；采用该方法可以基于成形构件表明质量、成形效率等需求对成形工艺参数进行快速响应调整。

技术领域：

本发明涉及钛合金材料技术领域，具体涉及一种基于缺陷形态调控激光选区熔化成形钛合金工艺的方法。

背景技术：

相对于传统的铸、锻、焊等“等材成形”热加工技术及车、铣、磨等“减材成形”冷加工技术，增材制造是一种全新的“增材成形”技术，该技术基于“离散+堆积”的成形理念，应用高能粒子束(激光或电子束)熔化金属粉末，结合三维实体数字模型自下而上逐层制备高性能、复杂结构金属零件。在航空航天、武器装备、汽车、模具、生物医学等领域具有广泛的应用前景。然而由于激光选区熔化成形过程复杂，涉及到材料的冶金、物理、化学和热力耦合等学科，成形工艺参数、外部环境、熔池波动等因素均会导致成形件内部产生缺陷(如未熔合、气孔、裂纹等)，这些缺陷严重降低了成形件的力学和服役性能，甚至造成零件的报废，“缺陷致力学性能下降”是该技术面临的关键科学问题，也是阻碍该技术在航空航天领域(尤其是承受载荷的复杂结构)应用的问题之一。缺陷的产生机理及缺陷的可控制备技术成为国内外研究的热点。

激光选区熔化成形钛合金内部缺陷及其对性能影响规律研究尚处于起步阶段，未建立缺陷类别与成形工艺之间的关系，缺乏缺陷形态的演化规律。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于缺陷形态调控激光选区熔化成形钛合金工艺的方法，采用该方法可以根据缺陷形态对激光选区熔化成形工艺优化进行快速响应，避免合金内部产生大尺寸缺陷进而影响合金性能稳定性，可以显著提高工艺参数优化效率。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于缺陷形态调控激光选区熔化成形钛合金工艺的方法，通过成形钛合金内部缺陷形态特征分析，对激光选区熔化成形钛合金工艺参数进行快速优化。

所述的基于缺陷形态调控激光选区熔化成形钛合金工艺的方法，该方法首先对激光选区熔化成形钛合金内部缺陷进行检测分析，然后根据缺陷特征对成形工艺进行快速优化。

所述的基于缺陷形态调控激光选区熔化成形钛合金工艺的方法，该方法具体包括如下步骤：

(1)成形钛合金内部缺陷分析：对激光选区熔化成形钛合金显微组织进行分析，确定内部缺陷形态及尺寸范围；

(2)激光选区熔化成形钛合金工艺优化：基于步骤(1)确定的缺陷类型，根据缺陷类型判断成形工艺参数优化方案。

所述的基于缺陷形态调控激光选区熔化成形钛合金工艺的方法，步骤(2)中，缺陷形态为不规则形状时，表明激光的能量密度较低，通过提高激光功率或降低扫描速度对成形工艺进行优化；缺陷形态为规则球形时，表面激光的能量密度较高，通过降低激光功率或提高扫描速度对成形工艺进行优化。

所述的基于缺陷形态调控激光选区熔化成形钛合金工艺的方法，缺陷形态为不规则形状时，激光功率100～130W，扫描速度100～600mm/s；或者，扫描速度600～1500mm/s，激光功率130～220W。

所述的基于缺陷形态调控激光选区熔化成形钛合金工艺的方法，缺陷形态为规则球形时，激光功率160～250W，扫描速度600～1500mm/s；或者，扫描速度100～600mm/s，激光功率100～160W。

本发明的设计思想如下：