[发明专利]一种提高激光选区熔化α-β型钛合金疲劳性能的热处理方法

说明书

本发明属于金属材料先进制造领域，涉及一种提高激光选区熔化α‑β型钛合金疲劳性能的热处理方法，所述方法中α‑β型钛合金经过应力退火和热等静压处理后，再经过温度为温度(Tsubgt;β/subgt;‑350)～(Tsubgt;β/subgt;‑250)℃的高温时效处理，热处理后获得的α‑β型钛合金中具有少量等轴α相，经上述得到的激光选区熔化α‑β型钛合金制件，其由激光选区熔化成形过程产生的原始粗大β晶粒及晶粒内针状马氏体α’相消失，取而代之的是由β基体、片层状α相和少量等轴α相组成的近网篮组织。同时钛合金制件内部的微孔及微裂纹等缺陷闭合，片层状α相组成的网篮组织自身具有良好的疲劳强度，加之网篮组织中夹杂的少量等轴α相可增加疲劳裂纹的扩展难度，使得制件的疲劳性能显著提高。

技术领域

本发明属于金属材料先进制造领域，涉及一种提高激光选区熔化α-β型钛合金疲劳性能的热处理方法，尤其涉及一种在不牺牲强度和塑性的前提下，提高激光选区熔化α-β型钛合金疲劳性能的热处理方法。

背景技术

钛合金具有良好的室温及高温力学性能，具有低密度、高比强度、高耐腐蚀性等诸多性能优势，广泛应用于航空航天等尖端领域。其中，α-β型钛合金具有较好的可焊性，可热处理强化，非常适合增材制造技术。随着先进航空航天装备对减重及性能的要求越来越高，目前的设计中越来越多地采用复杂整体结构件，这些复杂构件采用传统铸造、锻造方法无法实现制造。增材制造技术为解决航空航天领域α-β型钛合金复杂零件的加工制造难题提供了可行的技术途径。

目前，增材制造钛合金零件在航空航天领域有大量应用需求，包括功能结构和承力结构。增材制造α-β型钛合金复杂结构零件如要满足这些先进高端装备的使用需求，其各项力学性能均需达到型号技术要求，尤其对承力构件更需要保证疲劳性能。疲劳断裂是工程应用中结构件最常见的失效形式之一，据统计，约80％～90％的构件失效都是由疲劳引起的。

激光选区熔化成形过程是一个快热快冷的过程：随着高能束激光的快速扫描，钛合金粉末瞬间熔化并迅速凝固。该过程导致最终成形的α-β型钛合金组织为粗大β晶粒及晶粒内针状马氏体α’相组成的魏氏组织，该组织一般疲劳性能较低。同时，激光选区熔化成形过程中容易产生孔隙及微裂纹等随机缺陷，分布在制件表面或近表面的缺陷往往会成为疲劳裂纹的起始源，进一步降低钛合金制件的疲劳性能及稳定性。

因此，对于增材制造α-β型钛合金零件，如何保证并获得较高的疲劳性能水平，是实现型号应用需要解决的关键技术之一。在采用增材制造技术制备钛合金零件时，除了要采用合适的成形参数外，还需通过合理的热处理方法，在保证制件具有较高致密度、较好强度、塑性等静力性能的基础上，从微观组织调控和缺陷消除等方面进一步提升制件的疲劳性能，这在实际工程应用中具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是：提供了一种激光选区熔化α-β型钛合金的热处理方法，能够显著提高其疲劳性能，疲劳强度≥700MPa，优于同种材料锻件的水平。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种提高激光选区熔化α-β型钛合金疲劳性能的热处理方法，所述热处理方法中α-β型钛合金经过应力退火和热等静压处理后，再经过温度为(T_β-350)～(T_β-250)℃的高温时效处理，其中，T_β为α-β型钛合金的β相转变温度。

热处理后获得的α-β型钛合金中具有少量等轴α相，等轴α相体积占比为5～20％。

经上述步骤得到的激光选区熔化α-β型钛合金制件，其由激光选区熔化成形过程产生的原始粗大β晶粒及晶粒内针状马氏体α’相消失，取而代之的是由β基体、片层状α相和少量等轴α相组成的近网篮组织。同时，钛合金制件内部的微孔及微裂纹等缺陷闭合。缺陷的闭合可明显减少疲劳源，片层状α相组成的网篮组织自身具有良好的疲劳强度，加之网篮组织中夹杂的少量等轴α相可增加疲劳裂纹的扩展难度，三种优化效果的叠加使得制件的疲劳性能得到显著提高。