[发明专利]一种增材制造成形的钛合金增韧抗磨方法

说明书

本发明专利公开了增材制造技术领域的一种增材制造成形的钛合金增韧抗磨方法。该方法是将增材制造制备得到的钛合金试样依次进行退火处理、初次深冷处理、初次时效处理、二次深冷处理、二次时效处理，使增材制造的钛合金试样具有良好的韧性和摩擦学性能。在深冷和时效处理的反复作用下，促使钛合金中的钒元素析出从而促进不稳定马氏体相分解，并形成高密度位错运动、诱导孪晶生成，处理后的钛合金内部形成更细小的晶粒。采用该发明将深冷和时效循环处理应用于增材制造产品的后处理工艺，可以消除残余应力、细化晶粒、形成高密度孪晶，使材料的韧性及摩擦学性能得到大幅度提升。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体为一种增材制造成形的钛合金增韧抗磨方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、高/低温性能稳定和耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天和生物医疗等领域。然而传统的制造方法加工钛合金零件生产成本高、周期长等问题限制了钛合金的应用和发展。与传统的减材制造方式不同，增材制造技术是基于数字化离散堆积的原理，在小批量、个性化定制、形状复杂的金属零件制作方面具有独特的优势。通过金属材料增材制造技术可以缩短钛合金材料生产流程、提高材料利用率，实现特殊结构的钛合金零件制造。

金属增材制造过程是以高能激光束或电子束为热源，成形过程伴随着复杂的热传递过程，使成形零件的组织沿成形方向外延生长。成形的钛合金零件普遍具有较高的残余应力，且会形成针状马氏体等不利于钛合金韧性的组织。除此之外，由于成形的钛合金零件表面与次表面之间的结构稳定性能差，易产生裂纹及剥落，导致其摩擦学性能与传统制造方法相比普遍较低。这些性能都会对增材制造成形的钛合金带潜在的应用风险。针对以上技术问题，需要提出一种新的增材制造成形的钛合金增韧抗磨强化方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增材制造成形的钛合金增韧抗磨方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种增材制造成形的钛合金增韧抗磨方法，包括以下步骤：

A、退火处理：将成形后的钛合金置于真空热处理炉中，加热到450-650℃，保温4-8小时，随炉冷却至室温；B、初次深冷处理：将钛合金试样置于深冷处理炉，以制冷剂为冷却介质通过调整制冷剂流量来控制降温速率，在2-5小时内将温度由室温降到-160℃—- 196℃，保温36-72小时，随

后控制温度在2-5小时内回升到室温；C、初次时效处理：将钛合金置于时效炉中，加热温度至450-550℃，保温8-12小时，随后将钛合金空冷至室温；D、二次深冷处理：将钛合金置于深冷处理炉，以制冷剂为冷却介质，通过调整制冷剂流量来控制降温速率，在2- 5小时内将温度由室温降到-160℃—-196℃，保温12-48小时，随后

控制温度在2-5小时内回升到室温；E、二次时效处理：将钛合金置于时效炉中，加热温度至500-550℃，保温8-12小时，随后将钛合金在空气中冷却至室温；

F、增材制造成形的钛合金材料增韧抗磨强化完成。

优选的，为避免保温过程中不稳定现象，深冷处理装置内层具有满足保温效果的绝热材料；优选的，强化方法适用的金属增材制造的方式包括但不限于直接金属烧结成型、激光选区烧结、激光选区熔化、电子束选区熔化、电子束同轴熔丝的金属增材制造工艺；

此类金属增材制造方式均会导致钛合金材料沿成形方向的组织不均匀，存在大量不稳定相，且存在残余拉应力，导致力学性能下降；优选的，强化方法适用的钛合金材料包括但不限于α+β型钛合金；此类α+β型钛合金受到增材制造方法的冷却速率影响较大，会形成不稳定的α'相或亚稳定β相，而在此强化处理过程中，α+β型钛合金形成不稳定的α'

相或亚稳定β相会分解成为稳定的α+β相；优选的，制冷剂为可制造超低温环境的冷却介质，制冷剂包括但不限于液氧、液氩、液氮；依据所选择深冷处理的最低温度不同，可以适当更换冷却介质，但对于所有的冷却介质，都应严格控制强化处理过程中降温及回温速率；优选的，为保证强化过程使钛合金材料达到组织均匀、不稳定相分解的最佳性能状态，每个强化处理步骤与前一步骤的时间间隔不超过30分钟。