[发明专利]一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺

说明书

本发明提供了一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，包括：A)制备TC4粉末；对成型部件进行切片、扫描处理；B)在基板上铺设TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；C)将所述构件进行退火处理；D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到最终成形构件。本发明采用特定的激光选区熔化工艺，同时将打印成型的构件先退火后固溶处理，最终制备得到的构件抗拉强度、屈服强度和延伸率较其他工艺均有明显的提升。同时本发明制备的构件经退火处理，内应力得到充分释放，打印后消除了构件变形的问题，打印精度更高。实验结果表明，本发明制备的增材制造构件抗拉强度超过了1100MPa；屈服强度超过900MPa；延伸率达到12％以上。

技术领域

本发明涉及金属增材制造技术领域，尤其是涉及一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺。

背景技术

钛合金具有耐腐蚀性强、耐热性好、弹性模量低、无磁性等诸多特性，经固溶处理再时效强化后的比强度远高于高强度铝合金、镁合金及高温合金，甚至与超高强度钢相当，广泛应用于航空航天、国防军工、船舶、生物医用、化工、汽车等领域。如美国F-22战机上钛合金的用量已高达41％，而铝合金和钢的用量分别只有15％和5％。

但是钛合金可加工性差，材料利用率低，成为制约该类合金应用的主要技术瓶颈。激光选区熔化增材制造技术(SLM)是通过高能激光束逐层熔化钛合金粉末，进而实现高性能复杂构件的制造。同时该技术克服了材料加工难、材料利用率低的难题，具有快速成形、强度高等特点。但由于激光选区熔化增材制造是一个快速凝固的过程，导致钛合金构件存在较高的内应力，从而使得钛合金构件的变形十分严重，材料塑形也较差。

因此，寻求一种适用于钛合金激光选区熔化增材制造技术的打印及热处理工艺，消除钛合金构件的内应力变形，提高材料塑形是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，本发明提供的制造工艺制备得到的构件内应力低，综合力学性能好。

本发明提供了一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，包括：

A)制备TC4粉末；

对成型部件进行切片、扫描处理；

B)在基板上铺设TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；所述扫描实体的激光功率300～400W，光斑直径50～70μm，扫描轮廓及非实体的激光功率100～200W，实体扫描速度3000～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3000～3600mm/s；所述铺粉层厚20～30μm；

C)将所述构件进行退火处理；所述退火处理具体为：升温至800～850℃，保温1～1.5h，随炉冷却至350～400℃；

D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到；所述固溶处理具体为：升温至940～960℃，保温1～2h，保温结束后进行水淬，水淬的水温为0～20℃。

优选的，步骤A)所述制备TC4粉末的方法选自气体雾化法、离心雾化法、等离子火炬法和球化法中的一种。

优选的，步骤A)所述TC4粉末的流动性为≤25s/50g；TC4粉末的粒径为15～53μm。

优选的，步骤A)所述切片厚度为10～30μm；所述扫描采用九宫格方式逐层扫描，逐层扫描时偏转角度；偏转角为36～40°。

优选的，步骤B)所述基板预热温度为100～200℃；所述铺粉层厚22～30μm。

优选的，步骤B)所述扫描实体的激光功率330～400W，光斑直径55～65μm，扫描轮廓及非实体的激光功率110～200W，实体扫描速度3100～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3100～3600mm/s；扫描塔接率为0.06～0.07。