[发明专利]一种激光增材制造双相钛合金的热处理方法

说明书

本发明提供了一种激光增材制造双相钛合金的热处理方法，属于增材制造双相钛合金热处理技术领域。本发明提供的增材制造双相钛合金的热处理方法，包括以下步骤：(1)采用增材制造工艺制备双相钛合金坯体；(2)将所述步骤(1)得到的双相钛合金坯体在磁场中进行时效处理，得到双相钛合金。本发明在时效处理过程中施加磁场，利用磁场无接触地影响热处理过程，以达到在双相钛合金中形成等轴初生α相和篮网状β相双态组织的目标，进而提高合金的塑性，且提高了获得双态组织热处理的效率。实施例的结果显示，本发明制备的双相钛合金硬度≥300HV，极限抗拉强度≥850MPa，延伸率≥10％，断裂韧性(K_IC)≥70MPa·m^1/2。

技术领域

本发明涉及增材制造双相钛合金热处理技术领域，尤其涉及一种激光增材制造双相钛合金的热处理方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、耐蚀性好、热强度高等优点被广泛用于航天航空、医疗、化工等领域，如用于制备飞机发动机的压气机盘、叶片以及3D打印人造骨骼及牙齿等。根据钛合金内合金化元素的钼当量及室温组织类型，钛合金可分为α型、α+β双相型，β型等多种类型，其中α+β双相型钛合金兼具等轴α及片层β组织的综合特点，可进行热处理强化，综合性能优良。但是由于钛合金中的合金化元素较多且钛较大的活泼性导致传统的钛合金加工工艺困难较大，如锻造出的锻件容易产生偏析、锻造裂纹等缺陷，铸件性能较低，且铸件之间的焊接组合较困难，铸件开裂倾向高。

目前金属的3D打印作为一种新型的增材制造工艺区别于传统的减材加工工艺成为了研究热点。且由于钛合金优异的可焊性，非常适用于金属的3D打印，被广泛地应用于增材制造领域，且打印出的性能能够达到甚至超过锻件水平。但是由于在增材制造过程中较大的冷速，双相钛合金的室温组织通常为针状或者细小的板条马氏体组织，材料内部应力较大，具有较高的硬度、强度，但是塑性较差，强度和塑性匹配不足，因此通过热处理工艺将打印态双相钛合金组织转变为均匀的双态组织进而提升其塑性很有必要。

传统的获得双态组织钛合金热处理工艺通常是以多重退火及多次时效相结合，虽然这种热处理方式会根据温度及时间和冷却速率的不同在不同程度上提升双相钛合金的塑性，但是对于服役环境严苛的双相钛合金而言其塑性仍然不够理想，且这种获得双态组织的热处理方式由于需要进行在T_β附近多次加热及冷却，效率较低。因此，需要一种高效的热处理方法，能够提高获得双态组织的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光增材制造双相钛合金的热处理方法，本发明提供的双相钛合金具有较高的硬度和塑性，强度和塑性的配比更加合理。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种增材制造双相钛合金的热处理方法，包括以下步骤：

(1)采用增材制造工艺制备双相钛合金坯体；

(2)将所述步骤(1)得到的双相钛合金坯体在磁场中进行时效处理，得到双相钛合金。

优选地，所述步骤(1)中的增材制造工艺为激光增材制造工艺或者电子束增材制造工艺。

优选地，所述激光增材制造工艺为选区激光熔化工艺或直接激光能量沉积工艺。

优选地，所述步骤(1)中激光增材制造工艺使用的预合金粉末为球型或近球型双相钛合金粉末。

优选地，所述预合金粉末的粒径分布范围为15～150μm，所述预合金粉末的平均粒径为50～100μm。

优选地，所述步骤(2)中的磁场为静磁场，所述静磁场的强度为0.5～4.5T。

优选地，所述步骤(2)中磁场的方向与步骤(1)中增材制造工艺的双相钛合金坯体成形方向基线平行或垂直。