[发明专利]一种大型钛铝合金构件电子束熔丝增材制造方法

说明书

本发明提供了一种大型钛铝合金构件电子束熔丝增材制造方法，所述增材制造方法包括以下步骤：S1：选择基板并对基板进行前期处理和固定；S2：建立钛铝合金构件的成形三维模型，对成形三维模型进行分层切片及路径规划；S3：加热基板并保持温度；S4：将丝材在真空环境进行送进，保持丝材与基板的夹角，丝材和电子束共面且在基板表面汇聚在同一点，丝材在电子束辐照下熔化，按照S2中设定的路径进行单层沉积；S5：重复S4，逐层沉积，直到完成零件成形；S6：停止基板加热，待成形的零件冷却到室温后，将零件同基板一同取出。本发明可以显著提升钛铝合金构件的成形质量和成形尺寸。

【技术领域】

本发明属于增材制造定向能量沉积领域，尤其涉及一种大型钛铝合金构件电子束熔丝增材制造方法。

【背景技术】

钛铝合金具有密度低、模量高、高温强度高、高温抗氧化性能良好和高温蠕变抗力优异等优点，高温下钛铝合金具有和镍基高温合金基本相当的力学性能，但密度不及其一半。轻质耐热的钛铝合金在航空航天和汽车等领域具有广阔的应用前景。但是，钛铝合金存在室温塑性低、难加工等问题，许多学者对钛铝合金的新型成形工艺进行探索，如选区成形钛铝合金等。由于钛铝合金的室温塑性极低，室温拉伸延伸率小于1％，使得钛铝合金在制造过程中极易出现零件开裂，从而导致零件报废。如何提高钛铝合金的成形质量和成形尺寸一直是核心问题。增材制造是一种以三维模型为基础，通过高能束热源将原材料逐层熔化、沉积，形成最终零件的先进制造方法。其中，电子束增材制造具有功率大、能量利用率高、材料利用率高、制造周期短等优势。

电子束增材制造根据材料送进方式分为电子束选区熔化成形和电子束定向能量沉积。电子束选区熔化成形技术制造精度高、成形效率低，一般成形小型复杂零件；电子束定向能量沉积技术成形效率高，可成形尺寸较大的构件。由于电子束定向能量沉积过程为真空环境，只能采用送丝方式进行原料送进，不能采用送粉的方式，因此又称为电子束熔丝技术。目前，钛铝合金难以通过拉拔方式制成丝材，采用常规的丝材无法实现电子束熔丝成形钛铝合金构件。

中国发明专利201910848831.7公开了一种钛铝合金构件的快速近净成形方法，采用熔化极气体保护焊增材制造的方式进行成形，钛丝和铝丝分别通过各自的送丝装置送入对应的熔化极气体保护焊焊枪内，在焊枪的作用下产生放电形成熔池，依此重复多次，直至沉积至所需的TiAl合金构件尺寸。工艺简单，成形时间短，有效降低成本。但该工艺并没有考虑钛铝合金塑性低、易开裂的问题，不适用于成形大尺寸钛铝合金构件，且成形原料为钛丝和铝丝，成形件的合金成分单一，无法利用其他合金元素进行强韧化。

中国发明专利201210467106.3公开了一种钛铝合金复杂构件的快速制造方法，该方法将钛铝合金粉末装入电子束快速成形机的送粉箱中，以一定的铺粉厚度平铺于铺粉台上，输入扫描参数，在真空条件下对钛铝合金粉末进行逐层扫描烧结，烧结结束后得到钛铝合金复杂零件。该方法可用于制造小型复杂的钛铝合金零件，不适用于成形大尺寸钛铝合金构件。

因此，有必要研究一种大型钛铝合金构件电子束熔丝增材制造方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种大型钛铝合金构件电子束熔丝增材制造方法，利用药芯焊丝作为丝材，采用电子束熔丝配合原位加热台增材制造钛铝合金构件，可以显著提升钛铝合金构件的成形质量和成形尺寸。

一方面，一种大型钛铝合金构件电子束熔丝增材制造方法，所述增材制造方法包括以下步骤：

S1：选择基板并对基板进行前期处理和固定；

S2：建立钛铝合金构件的成形三维模型，对成形三维模型进行分层切片及路径规划；

S3：加热基板并保持温度；

S4：将丝材在真空环境进行送进，保持丝材与基板的夹角，丝材和电子束共面且在基板表面汇聚在同一点，丝材在电子束辐照下熔化，按照S2中设定的路径进行单层沉积；