[发明专利]一种钛铝合金复杂零件的快速制造方法

说明书

技术领域

本发明属于钛铝合金复杂零件制备技术领域，具体涉及一种钛铝合金复杂零件的快速制造方法。

背景技术

高性能复杂钛铝合金零件在航空航天和汽车工业等领域具有广阔的应用前景。钛铝基合金具有金属间化合物的结构特点，硬度高、脆性大，很难采用机械加工方法制备复杂零件，而常规的铸造虽可成形复杂形状，但组织粗大、存在宏观偏析，导致其综合力学性能较差；锻造技术制备TiAl基合金在组织性能方面优于铸件，但在复杂零件成形方面与铸造工艺有一定距离。粉末冶金法可以消除铸造冶金方法所带来的缺陷，但目前还没有很好解决复杂件的致密化、变形控制问题，同时模具为一次性的，设计及制造费用高限制了该工艺的广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种钛铝合金复杂零件的快速制造方法。该方法采用电子束快速成形技术，通过高能束流在程序控制下根据三维模型提供的信息进行逐层熔化烧结及快速循环热处理，层层堆积，制备组织小的钛铝合金复杂零件，该方法可通过建模灵活设计所需产品形状，制造过程不需要制作昂贵的模具，具有生产周期短，效率高的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钛铝合金复杂零件的快速制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、用三维造型软件建立需要制造的钛铝合金复杂零件的三维实体模型，然后用分层软件将三维实体模型分成厚度为0.05mm～0.3mm的薄层，得到STL格式文件，再将得到的STL格式文件导入电子束快速成形机的快速成形软件中；

步骤二、将钛铝合金粉末装入步骤一中导入STL格式文件的电子束快速成形机的送粉箱中，以一定的铺粉厚度平铺于铺粉台上，输入扫描参数，在真空条件下根据输入的扫描参数和步骤一所导入的STL格式文件对钛铝合金粉末进行逐层扫描烧结，烧结结束后得到钛铝合金复杂零件；所述扫描烧结过程包括热量补偿过程和成形过程。

上述的一种钛铝合金复杂零件的快速制造方法，步骤二中所述铺粉厚度为0.05mm～0.3mm。

上述的一种钛铝合金复杂零件的快速制造方法，步骤二中所述真空条件的真空度为2×10^-2Pa～5×10^-2Pa。

上述的一种钛铝合金复杂零件的快速制造方法，步骤二中所述热量补偿过程中的扫描参数为：束流强度为20mA～40mA，电子束扫描速度为5000mm/s～7000mm/s，温度控制在800℃～1200℃。

上述的一种钛铝合金复杂零件的快速制造方法，步骤二中所述成形过程中的扫描参数为：束流电流为10mA～20mA，电子束扫描速度为80mm/s～120mm/s，成形域上表面温度为1250℃～1700℃。

上述的一种钛铝合金复杂零件的快速制造方法，所述成形过程的基础温度保持在钛铝合金α转变温度以下100℃～400℃，成形过程中新一层熔化成形时，部分已成形层被快速加热至钛铝合金α转变温度以上50℃～400℃并重新冷却至基础温度，通过逐层叠加，钛铝合金组织经过多次快速循环热处理，最终得到钛铝合金复杂零件。

上述的一种钛铝合金复杂零件的快速制造方法，步骤二中所述钛铝合金复杂零件具有平均晶团尺寸为30μm～50μm的细小全片层组织，钛铝合金复杂零件的片层晶团界面处的片层结构之间相互交错。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用电子束快速成形这一直接成形技术，通过高能束流在程序控制下根据三维模型提供的信息进行逐层熔化烧结及快速循环热处理，金属粉末在高能束的轰击下被烧结在一起，并与下面已成形的部分粘接，层层堆积，直至整个零件全部烧结完成品，是组织小的钛铝合金复杂零件较为理想的成形方式，该方法可通过建模灵活设计所需产品形状，制造过程不需要制作昂贵的模具，具有生产周期短，效率高的特点。

2、采用本发明的快速制造方法，材料的利用率高，多余的粉末可重复使用，节约成本。

3、本发明的成形过程具有加热和冷却速度较快的特点，使得熔化层对其附近层的已成形部分有快速循环热处理的作用，在此热处理条件下,热滞后较大,重结晶形核不仅可以在晶界发生，同时也可在相界发生,因此形核速率高,相变速度快；快速循环相变也可破坏钛铝组织遗传以及新旧相之间的位向关系，可以破坏已经形成的稳定的铸态粗大片层组织；同时，循环的热处理过程可有效释放成形过程中的热应力，防止样品变形。