[发明专利]一种激光选区熔化制备Ti-1Al-8V-5Fe合金材料的方法

说明书

本发明公开了一种激光选区熔化制备Ti‑1Al‑8V‑5Fe合金材料的方法，包括：1)制备Ti‑1Al‑8V‑5Fe合金粉末；2)构建三维模型，并将模型进行分层切片处理，然后规划每层切片的扫描填充路径；3)按照所述扫描填充路径在打印基板上进行逐层打印成型得到构件，其中每层均铺设所述合金粉末并对其进行熔化成型处理；对所述构件进行后处理，即得Ti‑1Al‑8V‑5Fe合金材料。本发明方法避免了Fe严重偏析的问题，获得了单相的beta钛合金组织，再通过热处理析出了弥散alpha强化相，制备的Ti‑185合金材料组织致密度高，无裂纹缺陷，综合力学性能优异，有利于推动Ti‑185合金的商业应用。

技术领域

本发明涉及钛合金增材制造技术领域，尤其涉及一种激光选区熔化制备Ti-1Al-8V-5Fe合金材料的方法。

背景技术

钛金属是地球上最轻的金属，其密度大约只有低碳钢的45％左右。虽然纯钛的强度不是很高，但将其与其它金属混合形成钛合金可以大幅提高强度，一般钛合金的强度为686～1176MPa，最高可达1700MP以上，与高强度的钢相当。因此，钛合金具有比强度高、耐热性好、抗腐蚀性能优异等优点，在航空航天、生物医疗、汽车等各个工业领域行到了广泛地应用。

β钛合金具有比其他钛合金更高的强度，以及良好的韧性和疲劳性能，目前已受到较广泛的关注。但β钛合金通常需要添加成本较高的β稳定的元素(Mo、V、Cr)，生产成本较高，严重限制了其大规模使用。早在50年前，金属学家们就已开始将钛与价格更为低廉的铝、铁等金属混合，在适当的条件下制成了高强度、低成本的Ti-1Al-8V-5Fe(Ti-185)β钛合金，相比Ti-10V-2Fe-3Al(Ti-1023)和Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr(Ti-5553)具有更高的强度和疲劳寿命，适用于高强紧固件和板材的制造。然而，通过传统的冶炼和铸造工艺生产的Ti185倾向于成闭聚集，铁元素可能会聚集于一些区域，在材料中形成严重的偏析或β斑，降低合金的疲劳性能和塑性；Ti-185合金在工业生产中极不稳定，产品质量参差不齐。因此，传统的制造方法还无法实现Ti-185合金的商业应用。

激光选区熔化技术(SLM)作为金属增材制造的主要技术之一，是通过采用高能量激光束将金属粉末逐层熔化、凝固的分层制造和叠加的方法制造金属零部件。SLM技术与其它快速成型技术的基本思想相同：通过对零件的三维CAD模型进行二维化处理，在高度方向上对模型分层切片，切片数据包括成型件的轮廓信息与加工路径，再利用高能热源，按照计算机切片形状和外形轨迹快速扫描，最终成型出金属零件。当前，报道的Ti-185制备多采用粉末冶金方法(PM)，还未见到采用激光选区熔化技术制造Ti-185的报道。因此，开发一种新的激光选区熔化制备Ti-1Al-8V-5Fe钛合金技术，将具有十分重要的意义和应用前景。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种激光选区熔化制备Ti-1Al-8V-5Fe合金材料的方法，解决现有制备方法中Ti-1Al-8V-5Fe合金性能不稳定，质量参差不齐的问题，提高Ti-185钛合金质量的稳定性，充分发掘其高强度、低成本的优势，促进实现Ti-185合金的商业应用。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种激光选区熔化制备Ti-1Al-8V-5Fe合金材料的方法，包括以下步骤：

1)制备Ti-1Al-8V-5Fe合金粉末；

2)构建三维模型，并将模型进行分层切片处理，然后规划每层切片的扫描填充路径；

3)按照所述扫描填充路径在打印基板上进行逐层打印成型，得到构件；其中每层均铺设所述合金粉末并对其进行熔化成型处理；对所述构件进行后处理，即得所述Ti-1Al-8V-5Fe合金材料；所述熔化成型处理的工艺参数为：光斑直径60-80μm，激光功率120-200W，扫描速率850-1250mm/s，扫描间距80-140μm，体能量密度范围为30-56J/mm3。