[发明专利]一种高效激光增材制造钛合金及改善其各向异性的热处理方法

说明书

本发明公开了一种高效激光增材制造钛合金及改善其各向异性的热处理方法，包括以下步骤：以钛合金粉末为原料，采用激光熔化沉积技术进行打印，其中，激光功率为7500W；一次退火热处理：加热至910℃并保温1小时，然后风冷至600℃～800℃后，空冷至室温；二次退火热处理：加热至530℃并保温6小时，空冷至室温。本发明提供了一种高效稳定的激光熔化沉积成型方法，可以极大提高激光熔化沉积技术的工业生产效率并保证材料的质量，同时后续的热处理制度可以有效的解决大功率激光熔化沉积TC11钛合金强度塑性不匹配的问题，在保证强度的同时提高其塑性，并且可一定程度上缓解激光熔化沉积TC11钛合金强度各向异性。

技术领域

本发明属于激光增材制造钛合金技术领域，更具体的，涉及一种高效激光增材制造钛合金及改善其各向异性的热处理方法。

背景技术

双相钛合金(α+β相)因其高强度、高热强度、良好的耐蚀性、低密度和良好的生物相容性等优势，作为一种优良的轻质结构合金被广泛应用于航空航天、船舶、汽车等领域，尤其用于飞机发动机、叶片、航天器承重部件等关键零部件的制造中。由于TC11钛合金具有熔点高、强度高等特点，利用传统铸造技术获得的钛合金材料难以一次成型高性能复杂构件。激光熔化沉积(LMD)技术相对于传统铸造方法，具有材料利用率高、可一次成型复杂几何形状零件等优势。但是，LMD技术在制备TC11钛合金材料的过程中具有以下不足：

(1)在LMD过程中，当激光热源移走后熔化的材料存在着较快的冷却速率，故容易产生较细的针状马氏体组织而导致较高的抗拉强度及屈服强度与较低的塑性而导致材料出现强塑性不匹配的问题。且激光增材制造技术制备的钛合金易产生粗大的柱状晶与强织构等特征，这些特征的存在会导致最终制成材料强度的各向异性，影响激光增材制造钛合金工程领域应用，故必须采用有效的热处理方式对材料的强塑性及各向异性进行调控才能将材料应用于航天航空主承力构件等工程领域。

(2)在LMD的制备过程中，激光功率较低，导致能量输入不足，会出现一系列的问题如：分层、不规则粘接缺陷，前者是由于激光增材制造的过程中能量输入不足导致未熔化的金属粉末进入材料中，从而使得层与层之间粘结不足产生分层；后者是由于激光功率较低，能量输入不足导致材料中存着未融粉末而产生的不规则孔隙，从而出现最终制成的材料致密度较低等问题的发生。

(3)通过LMD技术制备的钛合金在制造工艺上与传统制造工艺存在着较大的差距，故传统的热处理制度并不适用于LMD材料，尤其是大功率下LMD制备的材料，因此需要通过选取能够提高沉积态TC11钛合金综合力学性能的热处理优化制度，但目前针对大功率激光熔化沉积TC11钛合金的热处理材料改性制度不完善，没有明确不同热处理温度对大功率激光熔化沉积TC11钛合金微观组织的影响及不同的微观组织对材料综合力学性能的影响。

(4)目前对于激光增材制造钛合金的热处理方法主要为固溶时效及双重退火热处理，如：固溶时效处理可以有效的改善2400W功率下LMD制备的沉积态TC4钛合金强度高、塑性差的问题；双重退火热处理可以提高4500W功率下LMD制备的沉积态TC11钛合金的冲击韧性、强度和塑性，故现阶段研究表明上述两种热处理制度对于中低激光功率下的激光增材制造钛合金材料改性及强塑性协调有着较好的作用，但对于大激光功率下激光增材制造钛合金的作用还不清楚，无完全适用于大功率激光增材制造钛合金的热处理制度以解决其各向异性及强塑性不匹配的问题，故急需提出一种适用于大功率激光增材制造的热处理制度来提高大功率激光增材制造钛合金的综合性能。

发明内容

为了解决现有的技术问题，本发明提供了一种高效激光增材制造钛合金及改善其各向异性的热处理方法，可以在保证激光增材制造钛合金质量的同时最大限度的提高生产效率，后续热处理方法可以有效的解决大功率激光熔化沉积TC11钛合金强度塑性不匹配及强度各向异性的问题。

一种高效激光增材制造钛合金及改善其各向异性的热处理方法，包括以下步骤：