[发明专利]一种提高增材制造TC4钛合金材料断裂韧性的方法

说明书

本发明涉及增材制造钛合金材料加工制备领域，具体是一种提高增材制造TC4钛合金材料断裂韧性的方法。该方法的具体实施过程为：首先在真空环境下将增材制造TC4钛合金材料在600～800℃的条件下保温1～4h后炉冷，然后在温度850～950℃的条件下保温1～4h后炉冷，得到双重热处理的增材制造TC4钛合金材料。本发明将增材制造TC4钛合金材料在低温下进行去应力真空退火热处理，消除增材制造TC4钛合金的内应力，避免高温热处理过程中发生变形；随后在两相区高温段进行真空固溶热处理，通过固溶热处理温度的变化对增材制造快速凝固α′马氏体转化的板条α相尺度进行调控，从而使得裂纹在扩展过程中的路径更加曲折、偏转角度增大，大幅度提高了增材制造TC4钛合金材料的断裂韧性。

技术领域：

本发明涉及增材制造钛合金材料加工制备领域，具体是一种提高增材制造TC4钛合金材料断裂韧性的方法。

背景技术：

钛合金具有比强度高、密度低、耐腐蚀性良好等特点，被广泛应用于船舶、石油化工、航空航天及医疗领域。近几年随着航空航天相关技术的发展，对材料的要求越来越高，尤其是对可以起到明显减重作用的轻质结构材料的强韧性匹配要求越来越苛刻。同时，基于新型装备性能提升的需求，新型高性能器件的结构和形状的复杂性也越来越高。增材制造技术是一种利用高能束对金属粉末或者丝材逐点扫描熔化、逐线扫描搭接和逐层扫描堆积成形的金属材料加工技术，该技术可以实现复杂结构和形状的直接成形，但是在加工过程中熔化的金属以高达10⁴～10⁷K/s的冷却速率凝固，导致成形金属材料的组织为非平衡超快速凝固组织，合金强度高、韧性低，显著影响构件的性能稳定性。对于增材制造TC4钛合金而言，其组织由针状马氏体α′相组成，具有强度高、韧性低的特点，而增材制造成形的TC4钛合金复杂构件无法通过常规加工工艺来提升损伤容限性能，如何提升增材制造复杂结构TC4合金材料的断裂韧性是该技术在构件领域应用需要解决的关键问题之一。

发明内容：

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种提高增材制造TC4钛合金材料断裂韧性的方法，通过设计合理的热处理技术来提升增材制造TC4钛合金断裂韧性，对实现材料的强韧性匹配、推动其在航空航天领域应用具有重要的意义。

为了实现以上目的，本发明的技术方案：

一种提高增材制造TC4钛合金材料断裂韧性的方法，该方法的具体过程为：

(1)去应力退火

在真空环境下将增材制造TC4钛合金材料在600～800℃的条件下保温1～4h后炉冷；

(2)真空固溶热处理

继续在温度850～950℃的条件下保温1～4h后炉冷，得到双重热处理的增材制造TC4钛合金材料。

所述的提高增材制造TC4钛合金材料断裂韧性的方法，增材制造TC4钛合金为铺粉型激光选区熔化增材制造的TC4钛合金。

所述的提高增材制造TC4钛合金材料断裂韧性的方法，增材制造TC4钛合金材料在真空环境下升温到600～800℃，在该温度下保温1～4h后，自然炉冷到室温出炉，获得低内应力的TC4钛合金材料。

所述的提高增材制造TC4钛合金材料断裂韧性的方法，低内应力状态下的增材制造TC4钛合金材料在真空环境下升温到850～950℃，在该温度下保温1～4h后，自然炉冷到室温出炉。

所述的提高增材制造TC4钛合金材料断裂韧性的方法，在去应力退火后，在两相区高温段进行真空固溶热处理，通过真空固溶热处理温度的变化对增材制造快速凝固α′马氏体转化的板条α相尺度进行调控，随着热处理温度的升高板条α相的长宽比也发生变化，其中：板条α马氏体的长度范围为8～15μm，宽度范围为0.7～5μm，长宽比为2～12(优选的，板条α马氏体的长度范围为8～15μm，宽度范围为2～5μm，长宽比为2～6)。

本发明的设计思想是：