[发明专利]一种利用脉冲电流改善增材制造钛合金各向异性的方法

说明书

本发明提供一种利用脉冲电流改善增材制造钛合金合各向异性的方法，解决了现有后处理技术耗能大、耗时多、难推广、对于大型构件效果差的难题。方法如下：(一)将增材制造合金构件表面进行清理。(二)将上述合金通过夹具固定，然后接入脉冲电源两端，保持夹具与工件的完整接触；(三)将夹持好的构件水平放置在特定的装置上，保持水平；(四)调节电压、频率和作用时间，利用脉冲电流对增材制造钛合金进行处理；(五)关闭脉冲电流，待构件冷却至室温环境后取下。本发明具有工艺简单、实施快速、易于实现批量生产、可应用于大型工件处理，适用范围广等优点，可应用于增材制造钛合金、不锈钢、铝合金与高温合金等及相应构件。

技术领域

本发明属于激光增材制造材料成形加工领域，具体涉及一种利用脉冲电流改善增材制造钛合金组织与性能各向异性的加工方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐热性高等特点，常被用来制造重要结构中的梁、接头和隔框等重要承力构件。这些构件对合金的力学性能以及性能的各项异性均有较高要求。

钛合金冷加工变形抗力大，难以获得复杂形状的零件。增材制造技术为复杂形状钛合金零件的加工提供了解决途径。通过高功率激光/电子束等高能束熔化同步输送的钛合金粉末，逐层堆积成形零件，具有无模具、短周期、省材料等特点。但是由于成形过程加热和冷凝速度快的特点，激光增材制造钛合金组织由贯穿多个熔覆层呈外延生长的粗大原始β柱状晶组成，并且在后续的冷却过程中存在沿沉积方向的温度梯度，致使体心立方β相向密排六方α'相转变的过程中，六方晶密排方向沿热流方向形成11-20择优取向。该方向为钛合金滑移系方向，导致工件在沿着滑移方向和垂直滑移方向上的明显各向异性，造成组织和力学性能的各向异性，往往无法满足对合金性能各向同性要求比较高的应用需求。

目前，消除各向异性的途径是进行多次的热处理。专利(CN111074185A)公开了一种钛合金消除各向异性的工艺，该发明需要将钛合金在700℃以上保温5h,在400℃-600℃保温4h，过程中涉及多次的加热降温过程。

发明内容

本发明所用技术手段脉冲电流是一种瞬时高能输入方式。与传统热处理单一热场不同，利用脉冲电流与焦耳热的耦合作用，脉冲电流外场可加快偏析元素原子扩散速率，打破热扩散极限，从而明显加速构件中的相变过程，重构微观组织结构达到改善各向异性的目的。

针对传统热处理消除增材制造钛合金各向异性工艺中存在耗时长、能耗大、工艺复杂等不足，本发明提供了一种利用脉冲电流改善增材制造钛合金构件性能各向异性的工艺。采用本发明所述技术方案，在适当的工艺参数下，仅需要20s即可减弱合金力学性能的各向异性，提升材料的综合力学性能。

本发明技术方案如下：

一种利用脉冲电流改善增材制造钛合金的力学性能各向异性的方法。本发明改善增材制造合金各向异性的方法如下：

(1)将利用增材制造技术制备的沉积态合金表面进行清理；

(2)将上述合金通过夹具固定，然后再由纯铜导线接入脉冲电源两端，保持夹具与工件的完全接触，避免接头处的电阻过高；

(3)将夹持好的合金水平放置；

(4)设置电压为50-380V、频率为100-400Hz，使脉冲电流作用于合金，经过10-120s后关闭脉冲电源；

(5)待合金冷却至室温后，即可从夹具取下。

进一步地，所述合金的增材制造技术包括激光直接沉积技术、激光选区熔化技术、电子束增材制造技术或电弧增材制造技术，以及上述增材制造技术的组合。

进一步地，所述脉冲电流输出设备为高频率脉冲电源，通过调整电压、电流即可获得不同的处理效果。通过外接示波器，可以实时检测工件中的电流情况。

进一步地，脉冲电流的方向与构件热梯度方向垂直。