[发明专利]一种高强钛合金及其增材制备方法

说明书

本发明公开了一种高强钛合金及其增材制备方法，本发明高强钛合金按质量百分比计，包括，Ti:84.5‑85.5%；Al:6.0‑6.5%；V:3.5‑4%；Cr:1.4‑1.5%；Fe:1.4‑1.5%；Mn:1.2‑1.3%；Sn:0.7‑1%。本发明的高强钛合金采用了高能束增材制造方法进行定向沉积，通过基于TC4的特定成分设计出适合增材制造的钛合金，利用增材制造小熔池以及高冷却速率的特点降低了元素的偏析，使得合金元素分配均匀，显著提升了钛合金性能，其抗拉强度达到了1280‑1320MPa，显微硬度达到了403HV。

技术领域

本发明涉及激光增材制造钛合金的方法，尤其是涉及一种高强钛合金及其增材制备方法。

背景技术

钛及钛合金因其具备的高比强度、优异的耐热性、耐蚀性、生物相容性、高的塑韧性等优点，在航空航天、船舶、轨道交通、生物医疗等高端工业中具有较高的应用比例以及广阔的应用前景。其相比于传统工业中广泛应用作为结构材料的钢铁以及铝合金，钛合金具有更为优异的综合性能。而随着现代工业的发展，航空航天等领域对于高强度钛合金的需求日益上升，而传统的钛合金面对未来的应用环境以及制备方式其成分仍需改进。

增材制造作为一种新型制造工艺，由于其具备的高自由度，低制备周期等优势，十分适用于航空航天、国防军工等高端领域。而钛合金由于其高比强等优点，广泛应用于航空航天工业，是增材制造应用最多的材料之一，增材制造钛合金已广泛应用于航空航天等领域，而目前应用的传统钛合金成分牌号主要面向的是传统制造方式如铸造、锻造等，而增材制造相比传统冶金方式，由于其小熔池的特点，具备极高的冷却速率以及更低的元素偏析，由于其冶金环境差异较大，传统成分的钛合金对于增材制造会出现一些不适用的情况，所以需要开发出一种面向增材制造的新型高强钛合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强钛合金及其增材制备方法，利用增材制造技术同时实现材料制备和成形。

第一，本发明提供一种高强钛合金，按质量百分比计，包括，Ti:84.5-85.5%；Al:6.0-6.5%；V:3.5-4%；Cr:1.4-1.5%；Fe:1.4-1.5%；Mn:1.2-1.3%；Sn:0.7-1%。

进一步优选的，Al与V的比例为3：2。

进一步优选的，Cr、Fe、Mn与Sn的总质量分数不超过5%，不低于4.5%。

进一步优选的，所述钛合金的室温抗拉强度为1250MPa以上，显微硬度为390HV以上。

第二，本发明还提供了上述技术方案所述的高强钛合金的激光增材制备方法，包括以下步骤：

1）准备粒径60-70μm的TC4粉末、65-70μm粒径的Fe-Cr二元合金粉末、25-30μm的纯锰粉以及纯锡粉，以使得上述粉末混合后配比满足所述钛合金的成分要求；

2）将上述粉末在保护气氛下放入球磨仪中进行高能球磨混合；

3）在保护气氛下，采用高能束增材制造方式定向沉积钛合金；

4）将增材制造得到的钛合金进行去应力退火。

进一步优选的，所述球磨和定向沉积时的氧分压低于100ppm。

进一步优选的，所述高能束增材制造方式定向沉积采用激光束，且激光功率选用1500W-1800W，光斑直径选用6-8mm，送粉速率选择80-90g/min。

进一步优选的，所述高能束增材制造方式定向沉积采用电子束，且电子束电压为50-70kV，束流12-18mA，层厚80-100μm。

进一步优选的，所述去应力退火的参数为，650-700℃4h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：