[发明专利]促进钛合金增材制造柱状晶向等轴晶转变和组织细化方法

说明书

本发明公开了一种促进钛合金增材制造柱状晶向等轴晶转变和组织细化方法，包括以下步骤：在沉积各道次金属前，在待沉积位置表面均匀涂覆一层微米级Fe元素醇基悬浊液，待醇集溶剂挥发后，在惰性气体保护气氛下进行该道次金属沉积，直至各道次金属沉积完成为止，通过Fe元素促进钛合金增材制造柱状晶向等轴晶转变及形成超细微观组织，该方法促进钛合金增材制造柱状晶向等轴晶转变和组织细化。

技术领域

本发明属于增材制造领域，涉及一种促进钛合金增材制造柱状晶向等轴晶转变和组织细化方法。

背景技术

增材制造技术因其具备可制造结构复杂构件以及高的材料利用率对传统减材制造技术发起了挑战，尤其是在Ti-6Al-4V钛合金构件制造领域。随着对钛合金增材制造研究的展开发现，钛合金增材制造过程中存在一个共性问题，即制造过程中β晶以外延生长的方式，形成高度超过几个沉积层厚度的粗大柱状晶，粗大柱状晶会导致沉积体性能的各向异性，以及相变过程形成大尺寸的板条状α相，不利于增材制造钛合金构件的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种促进钛合金增材制造柱状晶向等轴晶转变和组织细化方法，该方法促进钛合金增材制造柱状晶向等轴晶转变和组织细化。

为达到上述目的，本发明所述的促进钛合金增材制造柱状晶向等轴晶转变和组织细化方法包括以下步骤：

在沉积各道次金属前，在待沉积位置表面均匀涂覆一层微米级Fe元素醇基悬浊液，待醇集溶剂挥发后，在惰性气体保护气氛下进行该道次金属沉积，直至各道次金属沉积完成为止，通过Fe元素促进钛合金增材制造柱状晶向等轴晶转变及形成超细微观组织。

具体包括以下步骤：

1)配置微米级Fe元素的乙醇悬浊液；

2)将微米级Fe元素的乙醇悬浊液均匀涂覆于待沉积位置的表面，放置使乙醇挥发；

3)在氩气的气氛下，进行该道次的金属沉积，然后冷却至室温；

4)重复步骤2)及步骤3)，直至所有道次金属沉积完成为止。

微米级Fe元素醇基悬浊液中Fe元素的平均尺寸为5μm。

微米级Fe元素醇基悬浊液中Fe元素的质量百分比Fe(wt.)％＝20×送丝速度(m/s)÷扫描速度(m/s)×100％。

通过Fe元素使钛合金凝固前沿生成大的成分过冷，促进钛合金熔体在凝固前沿形核，导致熔池凝固前沿生成的形核质点以竞争生长的形式长大，在沉积体中形成等轴晶。

添加Fe元素导致沉积体中生成ω相和TiFe相。

TiFe相由β相共析分解产生且弥散分布在沉积体中。

当β相共析分解时，TiFe相先于α相长大，TiFe作为α相的形核质点，促进纳米级α相的产生，沉积体中α相的尺寸为纳米级。

加入适量Fe元素的沉积体元素的钛合金沉积层初生β晶的晶粒形貌为等轴晶，平均尺寸为50μm。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的促进钛合金增材制造柱状晶向等轴晶转变和组织细化方法在具体操作时，通过添加微米级Fe元素，以促进生成等轴β晶，同时促进沉积层形成超细微观组织，另外，添加Fe后沉积体中细晶强化、弥散强化及固溶强化的作用增强，使沉积体获得优异的力学性能。与不添加Fe元素的增材制造Ti-6Al-4V合金相比，添加适量Fe后钛合金沉积体中β晶晶粒的尺寸约为50μm，沉积体的平均硬度、屈服强度、抗压强度和塑性变形分别提高3.5％、43％、70％及79％。

附图说明

图1为原始Fe粉末形貌扫描照片；