[发明专利]一种电弧/电子束熔丝增材制造用钛合金及其制备方法

说明书

本发明属于钛合金材料技术领域，具体涉及一种电弧/电子束熔丝增材制造用钛合金及其制备方法。所述钛合金的成分重量百分比为：铝6.0％～7.2％，钒3.8％～5.0％，锆0.5％～2.5％，氧0.08％～0.11％，余量为钛和杂质，其中，杂质的重量百分比为：铁≤0.25％，碳≤0.08％，氮≤0.03％，氢≤0.012％。本发明针对电弧/电子束熔丝增材制造技术的工艺特点，充分利用铝、钒、锆、氧合金元素对增材制造钛合金构件的强韧化作用机制，得到了一种适用于电弧/电子束熔丝增材制造技术用的钛合金，采用该钛合金丝材制备的增材制造钛合金构件具有良好的强度、塑性、韧性、疲劳性能匹配。

技术领域

本发明属于钛合金材料技术领域，具体涉及一种电弧/电子束熔丝增材制造用钛合金及其制备方法。

背景技术

钛合金因具有密度小、比强度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等诸多优点，已经成为先进飞机和航空发动机的关键结构材料。为适应耐久性/损伤容限设计需要，国内外航空飞行器关键构件大量采用具有高断裂韧度、高裂纹扩展门槛值、低裂纹扩展速率的损伤容限型钛合金，如美国F-22飞机的中后机身主承力隔框、机身机翼连接长梁等大型复杂整体关键构件采用β退火的损伤容限型Ti-6Al-4V ELI钛合金，降低了结构重量，提高了疲劳寿命和安全可靠性。目前，大型复杂整体钛合金关键结构件主要采用传统的“锻造成形+机械切削加工”的制备方法，存在着材料利用率低、加工周期长以及组织性能均匀性控制难度大等技术难题，且锻造和机械切削加工对场地、设备、工装模具的要求非常严格，生产成本高，快速响应能力低。

钛合金电弧/电子束熔丝增材制造技术是以钛合金丝材为原料，通过熔化丝材逐层堆积来快速制造复杂结构零部件，具有沉积速度快、材料利用率高、构件力学性能优良等特点，对成形件尺寸不敏感，为大型复杂整体钛合金构件研制提供了一种高效、快捷、低成本制造的技术途径。目前，电弧/电子束熔丝增材制造用钛合金丝材大多采用传统的锻造或铸造钛合金制成，申请人在研究中发现，采用同成分的锻造或铸造钛合金制成的丝材，在电弧/电子束熔丝增材制造工艺条件下，会发生明显合金元素烧损，使元素含量超出了标准规定的下限范围，导致制件的力学性能尤其是强韧性降低；为了获得所希望的强度级别，现有增材制造用钛合金丝材的氧元素含量一般控制在0.12％以上，虽然获得了足够的强度水平，但塑性、韧性、疲劳性能降低，综合性能匹配难以达到预期水平；此外，采用现有技术制备的钛合金丝材存在着尺寸精度不高、形态控制不均匀、生产效率和成材率偏低等问题，导致在实际应用过程中产生夹丝、断丝、送丝不畅等现象，严重影响了电弧/电子束熔丝增材制造技术对生产效率、制件尺寸精度以及内部质量的控制要求。随着钛合金电弧/电子束熔丝增材制造技术的快速发展，对高品质钛合金丝材的需求越来越迫切，电弧/电子束熔丝增材制造技术用钛合金丝材的制备方法有待进一步深入研究。

发明内容

本发明所要解决的问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种适用于电弧/电子束熔丝增材制造用钛合金及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

所述钛合金的成分重量百分比为：铝6.0％～7.2％，钒3.8％～5.0％，锆0.5％～2.5％，氧0.08％～0.11％，余量为钛和杂质，其中，杂质的重量百分比为：铁≤0.25％，碳≤0.08％，氮≤0.03％，氢≤0.012％。

钛合金的重量百分比组成为：铝6.0％～6.4％，钒3.9％～4.6％，锆1.2％～1.8％，氧0.09％～0.11％，余量为钛和杂质。

钛合金的重量百分比组成为：铝6.2％～6.8％，钒4.1％～4.7％，锆0.9％～1.5％，氧0.08％～0.10％，余量为钛和杂质。

钛合金的重量百分比组成为：铝6.6％～7.1％，钒4.4％～4.9％，锆0.6％～1.3％，氧0.08％～0.11％，余量为钛和杂质。

钛合金的重量百分比组成为：铝6.5％～7.0％，钒4.3％～4.8％，锆1.9％～2.4％，氧0.08％～0.10％，余量为钛和杂质。