[发明专利]一种激光熔覆增材制造TC18钛合金组织细化和等轴化方法

说明书

本发明公开了一种激光熔覆增材制造TC18钛合金组织细化和等轴化方法，步骤为：1.将激光覆熔增材制造TC18钛合金放置在热处理炉中；2.初始加热速度以4℃/min～6℃/min升温至840℃～870℃；3.随后以1℃/min～2℃/min的冷却速度降温至740℃～770℃；4.随后又以2℃/min～4℃/min的加热速度升温至840℃～870℃；5.步骤3和步骤4作为一次循环，共循环处理3～12次；6.随后出炉空冷，本发明适用于激光熔覆增材制造TC18钛合金热处理，以获得细化和等轴化的显微组织。

技术领域

本发明涉及金属增材制造组织控制技术领域，尤其涉及一种激光熔覆增材制造TC18钛合金组织细化和等轴化方法。

背景技术

钛合金是增材制造技术广泛研究的金属材料之一，具有比强度高、耐蚀、耐低温、无磁、生物相容性好等优异的综合性能，已在航空航天、交通运输、生物医疗等领域获得了广泛的运用。然而，钛合金的微观组织由于在激光熔覆增材制造过程中快速凝固而显示出柱状晶粒，这种技术微观结构通常出现在激光熔覆增材制造加工的零件中，且往往在激光熔覆沉积的过程中易形成垂直于激光扫描方向，贯穿整个熔覆沉积层的粗大柱状晶，有研究表明，相比于等轴组织，柱状晶粒形态会导致了钛合金构件各向异性突出，塑性、疲劳强度和断裂韧性较差，严重制约了其在航空航天领域的实际推广应用。

目前，为解决钛合金在激光熔覆增材制造过程中生成粗大柱状晶的问题，细化激光熔覆钛合金晶粒的方法主要分为化学处理(添加稀土元素)和物理处理(脉冲频率、超声振动等)。如中国明航大学杨广峰和杨凡等分别向钛合金粉末中添加稀土氧化物Gd₂O₃和CeO₂，细化了晶粒尺寸，减小了各向异性。但引入量过少强化效果不明显，过多则会粗化晶粒，使其偏析、富集在晶界处，恶化材料性能。西安交通大学的张安峰等人在激光熔覆沉积Ti6Al4V过程中加入超声振动，发现沉积时超声振动可减少成性件的表面粗糙度和残余应力，使β柱状晶得以细化，成形件强度和延伸率略有升高。但是随着沉积层的增加和构件尺寸的增大，超声能场对构件顶端熔池中合金凝固的作用效果越来越小，所以这种技术难以应用于大尺寸钛合金构件的增材制造。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种激光熔覆增材制造TC18钛合金组织细化和等轴化方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种激光熔覆增材制造TC18钛合金组织细化和等轴化方法，通过对激光熔覆增材制造TC18钛合金零件进行循环热处理，使粗大的柱状晶转变为等轴晶并析出细小次生晶粒，具体包括以下步骤：

步骤1：将激光熔覆增材制造TC18钛合金放在热处理炉中随炉加热，设定加热速度为4℃/min～6℃/min，以该加热速度升温至840℃～870℃；

步骤2：步骤1后以1℃/min～2℃/min的冷却速度降温至740℃～770℃；

步骤3：步骤2后以2℃/min～4℃/min的加热速度升温至840℃～870℃；

步骤4：将步骤2、3重复3～12次，出炉空冷。

优选的，所述步骤1至步骤3中，热处理温度均在β转变温度下。

优选的，所述步骤1至步骤3中，升温过程加热速度快，降温过程冷却速度慢。

本发明有益效果：

1.本发明方法通过循环热处理可将粗大的柱状晶细化并向等轴晶转变。

2.本发明方法通过改变热处理的循环次数，可调控晶粒细化和等轴化程度，从而可调控激光熔覆增材制造TC18钛合金的各向异性程度。

3.本发明使用热处理炉循环热处理，工艺简单，无污染对环境友好。

附图说明