[发明专利]一种面向激光增材制造应用的类TC4钛合金

说明书

本发明公开了一种面向激光增材制造应用的类TC4钛合金，由以下质量百分含量的成分组成：Mo 1％～2％，Al 5.5％～6.8％，V 3.5％～4.5％，余量为Ti和不可避免的杂质；该类TC4钛合金由干燥后的类TC4钛合金的预合金粉末或元素混合粉末经激光增材制造方法制备得到。本发明类TC4钛合金中加入Mo，在激光增材制造的热循环作用下，有效实现了晶内α板条细化和α相体积分数提升的协同作用效果，提高了类TC4钛合金强度和塑性；本发明的制备工艺简单，操作响应快，易加工，制备过程无需坩埚或其他电极材料，避免了合金元素受到污染。

技术领域

本发明属于金属增材制造技术领域，具体涉及一种面向激光增材制造应用的类TC4钛合金。

背景技术

钛合金由于其比强度高、耐热性能优良、耐腐蚀性能优异，常被广泛应用于航空航天等领域。然而，目前零件逐渐趋于一体化、大型化、复杂化，传统的制造方法(铸造、锻压、轧制等)由于生产周期长、材料利用率低、成本高等局限性，使得钛合金不能很好地依附于传统的制造方法。因此，采用目前先进的激光增材制造技术制备钛合金得到了良好的发展。激光增材制造技术能够实现复杂零件的近净成形，且生产不需模具，大大降低了生产成本及生产周期，因此与钛及钛合金的加工及制造具有较高的匹配度，受到越来越多研究学者的青睐。近些年来，大量国内外研究者对激光增材制造TC4钛合金展开了研究，结果发现激光增材制造TC4钛合金相对于传统锻造技术具有更高的强度。

然而，由于激光增材制造其特有的快速熔凝特性以及复杂的热循环历史特征，使得激光增材制造TC4钛合金的凝固组织及原始晶内组织特征均不同于传统加工技术制备的钛合金。凝固组织呈现出沿100方向生长的粗大柱状晶织构特点，原始β晶内形成细长α板条，使得激光增材制造钛合金呈现出高强度、低塑性的力学行为特点，这表明现有TC4钛合金成分并不是最适合激光增材制造的合金成分，无法最大限度发挥该技术的优势。

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的不足，提供一种面向激光增材制造应用的类TC4钛合金。该类TC4钛合金中加入Mo，在激光增材制造的热循环作用下，Mo促进了亚稳相ω和α'的形核和分解，有效地调控了初生和次生α相的尺度和含量，实现晶内α板条细化和α相体积分数提升的协同作用效果，进而提高基于激光增材制造的类TC4钛合金强度和塑性，使其获得优良的综合力学性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种面向激光增材制造应用的类TC4钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Mo 1％～2％，Al 5.5％～6.8％，V 3.5％～4.5％，余量为Ti和不可避免的杂质，该类TC4钛合金的制备过程包括以下步骤：

步骤一、将类TC4钛合金的预合金粉末或元素混合粉末在80℃～100℃的条件下干燥4h～5h；

步骤二、以步骤一中经干燥后的类TC4钛合金的预合金粉末或元素混合粉末作为原料粉末，采用激光增材制造方法制备得到类TC4钛合金；所述激光增材制造方法为激光立体成形法或者选区激光熔化法。

本发明在传统TC4钛合金的基础上添加微量Mo元素，由于Mo的加入细化了钛合金的组织，在激光增材制造的热循环作用下，Mo促进了亚稳相ω和α'的形核和分解，从而能够有效地调控初生和次生α相的尺度和含量，实现了大量的次生α相的析出，获得了平均宽度小于1μm(亚微米级别)细小均匀的α相，即借助亚稳相形核和分解实现晶内α板条细化和体积分数提升的协同作用效果，进而提高了面向激光增材制造应用的类TC4钛合金强度和塑性，使其获得优良的综合力学性能。