[发明专利]一种利用TA15钛合金边角料的零件制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用钛合金边角料进行再制造技术，特别提供了一种利用TA15钛合金边角料的零件制造方法。

背景技术

钛合金是现代飞机主承力结构的重要结构材料，军用飞机钛合金用量甚至达到全机结构重量的20％～41％，其中TA15钛合金常被选用作为骨干材料之一。它具有中等的室温和高温强度、良好的热稳定性和焊接性能，其半成品有薄板、厚板、轧棒、锻棒、模锻件、锻件、铸件等，主要用于飞机中的加强框、梁、接头、壁板、长桁、紧固件等。

TA15钛合金综合性能优异，对于减轻结构重量、提高结构效率、改善结构可靠性、提高机体寿命、满足高温和高载以及腐蚀环境要求等能发挥重要作用。

但是，这种材料制件的成本很高，例如TA15厚板达500元人民币/千克，锻件达800元人民币/千克；钛合金的工艺性很差，其机械加工比铝合金和结构钢要困难得多，效率非常低下，例如钛合金的经济切削速度仅为铝合金的4.2％，而且需要专用特种刀具；钛合金飞机制件的材料利用率很低，仅为8％～10％。上述因素综合，亦即一方面其材料和制造成本很高，而另一方面材料利用率极低，浪费非常严重，最终导致钛合金制件成本高达20000元人民币/千克之多。

因此，高额制造成本是钛合金制件存在的主要问题，也是制约其大规模应用的主要瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TA15钛合金块体边角料制造合格零件的方法，通过该方法所制造的TA15零件，其结构性能与锻件相当，结构完整性好，可实现钛合金材料的循环使用及其再制造。

本发明提供了一种利用TA15钛合金边角料的零件制造方法，其特征在于：

——采用真空非接触等离子熔化，将TA15钛合金板材、棒材或锻件机械加工后所剩余的块体边角料氩气雾化制成粉末，以粉末雾化态真空罐装，其中粉末60％以上为球形粉末，经筛分和干燥，为30～600目。

——利用激光按零件数模将钛合金粉末逐层熔化沉积，直至堆积成所设计的零件毛坯；其中激光束功率：不低于2.5kW，激光束斑直径：φ范围为3～6mm，扫描速度范围为：5～10mm/min，粉末流量范围为：25～35g/min，单层沉积厚度：不高于0.8mm。

所述利用TA15钛合金边角料的零件制造方法，其特征在于：所述金属除TA15钛合金外，还包括适合于激光逐层熔化沉积或激光快速成形的其它钛合金。

所述利用TA15钛合金边角料的零件制造方法，其特征在于：激光束功率：范围为7000～8000W，激光束斑直径：φ范围为3～5mm，扫描速度范围为：5～7mm/min，粉末流量范围为：25～27g/min。

本发明首次创造性地利用激光熔化沉积(激光快速成形)技术，实现了TA15块体边角料的循环使用，而且不需要再次熔炼和锻轧，即可制造出合格的零件，并且零件的组织、成分、性能与用合格成品料所制成的零件完全相同，达到甚至超过锻件水平。材料利用率显著提高，制造成本大幅度降低，仅为传统制造工艺制件的1/4，为合格成品料按激光熔化沉积制件成本的1/2。

具体实施方式

实施例1

将传统工艺机械加工所剩余的TA15块体边角料加工成截面约10×10mm～20×20mm的棒材，长度不限，按照激光熔化沉积制造技术要求制成粉末；利用激光熔化沉积设备和工艺，按照零件数模进行零件近终形毛坯成形。TA15粉末成分为A16.5、Zr2.0、Mo1.0、V1.0、余量为Ti；采用CO₂激光器，输出功率为8000W，光斑直径为3mm，焦距500mm，扫描速率为5mm/min，粉末流量25g/min，用氩气吹扫保护。

表1TA15边角料激光熔化沉积试件室温拉伸性能

从表1中可以看出，由TA15块体边角料通过激光熔化沉积所制成试样的室温拉伸性能优异，其强度甚至超过了锻件，塑性与锻件相当，性能的方向性不明显。

表2TA15边角料激光熔化沉积试件高温拉伸性能(500℃)