[发明专利]加B感应加热消除激光增材制造TC4合金初生β晶界的方法

说明书

本发明公开了加B感应加热消除激光增材制造TC4合金初生β晶界的方法，包括以下步骤：步骤S1，将B粉与钛合金粉在真空环境下进行干燥，其中B粉的质量占比为0.01‑0.2％；步骤S2，将步骤S1中得到的干燥B粉和钛合金粉混合均匀，得到混合粉末；步骤S3，将基材加热到900‑1100℃，通过激光增材制造装置在基材上成形样件。能够消除激光增材制造TC4初生β晶界，从而细化其晶粒，改善了TC4合金的微观组织。

技术领域

本发明属于激光增材制造钛合金组织控制与力学性能优化研究领域；具体涉及一种加B感应加热消除激光增材制造TC4合金初生β晶界的方法。

背景技术

激光增材制造钛合金是近年来发展起来的一项新兴技术，该技术通过高功率激光熔化同步输送的钛合金粉末，逐点逐层堆积成形零件，克服了由于钛合金本身所具有的高熔点、高熔融态活性以及大的变形抗力的特点所带来的加工难度大、复杂零件加工技术难等缺点，在航天航空和国防制造领域被越来越多的研究和应用，但是，由于激光增材制造其即热即冷的特性难以控制，造成了其钛合金成形件宏观组织为沿成形方向贯穿多个熔覆层的粗大β柱状晶，即使热处理其效果对柱状晶的影响不明显，且其组织多为典型马氏体(如图1所示，图1中b为a的放大图)，由于这些特点，使得激光增材制造钛合金(LAM-TC4)沉积态构件表现出高强度低塑性的特点，力学性能难以达到锻件标准，性能的各向异性也比较明显，从而严重制约其在国防工业和航空航天领域的应用。因此有必要采取一定措施改善LAM-TC4宏微观组织，使得β柱状晶消失或者转变，进而起到提高其塑性减小其各向异性的作用。

由CET理论可知，在一个激光熔池中β柱状晶要远远多于α等轴晶，而少量的α等轴晶只存在于熔池顶部，所以在激光增材成形过程中，第一层熔覆组织主要由大量β柱状晶和覆盖在其上层的少量α等轴晶组成，而在进行下一层熔覆时前一层的α等轴晶又会被融化，再次凝固形成β柱状晶，所以依次累加，LAM-TC4沉积态的凝固组织主要由贯穿多个熔覆层呈外延生长的粗大β柱状晶组成，且长度在几毫米到几十毫米之间，宽度在0.1mm～0.3mm之间，柱状晶主轴沿成形方向生长，而由于激光成形的过程是一个极冷极热的过程，继而使得微观组织形成典型的马氏体。因此，粗大的β柱状晶+马氏体就形成了LAM-TC4典型的高强度、低塑性的特点，同时粗大的β柱状晶也必然导致沿激光成形方向和水平方向的性能出现较大差异，即各向异性较大的现象。

发明内容

本发明提供了一种加B感应加热消除激光增材制造TC4合金初生β晶界的方法；能够消除了激光增材制造钛合金出现醋大状晶的β晶粒，改善了钛合金的微观组织。

本发明的技术方案是：加B感应加热消除激光增材制造TC4合金初生β晶界的方法，包括以下步骤：步骤S1，将B粉与钛合金粉在真空环境下进行干燥，其中B粉的质量占比为0.01-0.2％，其中钛合金粉末粒度为50-150μm，B粉粉末粒度为10-20μm；步骤S2，将步骤S1中得到的干燥B粉和钛合金粉混合均匀，得到混合粉末；步骤S3，将步骤S2中所得混合粉末，在保护气氛环境中利用激光增材制造技术成形为钛合金样件，成形过程中对基材进行感应加热，且消除样件中初生β晶界；其中感应加热的温度为900-1100℃。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中步骤S3中激光功率为180-240W，扫描速度为10mm/s，送粉量为2.5g/min。

其中步骤S3中得到的样件具有魏氏组织和片状α晶界。

其中步骤S1中B粉的质量占比为0.025％、0.05％、0.1％或0.2％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的方法能够消除激光增材制造钛合金出现粗大柱状晶的β晶粒，改善其微观组织，该方法利用B会在钛合金固溶体中产生成分过冷，导致形核率增加，同时B和Ti在凝固的最后阶段会发生共晶反应产生少量TiB，切断原始β柱状晶的晶界，使得LAM-TC4中的β柱状晶消失。