[发明专利]一种适用于增材制造的Ti-Al-V-Nb双相钛合金

说明书

本发明公开了一种适用于增材制造的Ti‑Al‑V‑Nb双相钛合金，其组分按照质量百分含量计算，含有Al：3.5～4.5％，V：3.5％～4.5％，Nb：2.5％～3.5％，Fe：0.1％～0.2％，Si：0.1～0.2％，O：0.07％～0.2％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti，并采用送丝工艺或送粉工艺进行增材制造。本发明通过精确控制成分得到适合于增材制造的Ti‑Al‑V‑Ta双相钛合金，采用丝材或粉末增材制造获得的增材体力学性能优异，其抗拉强度为1150～1250MPa，屈服强度为1075～1210MPa，断后伸长率为18～26％。

技术领域

本发明涉及一种适用于增材制造的Ti-Al-V-Nb双相钛合金，属于增材制造技术领域。

背景技术

增材制造技术是一种“自下而上”的零件成型方法，主要基于离散累积的成型理念，与传统的机械加工的方法相比，减少了机械加工的部分，降低机械加工中材料废料的产生，大大提高了加工速度，降低了产品的风险。

钛合金具有高的比强度、良好的耐蚀性、优异的生物相容性及优良的高温力学性能。因此，钛及钛合金广泛应用于航空航天工业、化学工业、医疗工程和体育用具等行业。因此，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。α+β双相钛合金，例如TC4钛合金，但是TC4钛合金在增材制造后增材体的性能往往低于预期，例如室温延伸率往往会低于10％，室温抗拉强度约为900～1050MPa，其力学性能有待于进一步提高。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于增材制造的Ti-Al-V-Nb双相钛合金，能够解决普通钛合金的增材体的性能低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于增材制造的Ti-Al-V-Nb双相钛合金，其组分按照质量百分含量计算，含有Al：3.5～4.5％，V：3.5％～4.5％，Nb：2.5％～3.5％，Fe：0.1％～0.2％，Si：0.1～0.2％，O：0.07％～0.2％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。

Ti-Al-V-Nb双相钛合金中各组分的作用如下：

Al：钛合金中Al主要起固溶强化作用，每添加1％Al，抗拉强度在增加50MPa，Al还可以改善抗氧化性，降低合金密度，并显著提高钛合金再结晶温度，铝提高钛固溶体中原子结合力，从而改善热强性，Al含量超过最大固溶度7.5％，会形成第二相，降低合金塑性及韧性，并会产生应力腐蚀，故一般加铝量不超过7％；本发明的Al组分范围是3.5％～4.5％，含量太低，强度较低，含量太高，塑性下降。

V：V在钛合金中属于β相稳定元素，可固溶强化β相，并可以降低相变点，增加淬透性，提高热处理强化效果；含V的钛合金不发生共析反应，在高温下组织稳定性好，单独加V时，合金耐热性不高；本发明的V组分范围是3.5％～4.5％，含量太低，强度较低，含量太高，塑性下降。

Nb：Nb在钛合金中属于β相稳定元素，可固溶强化β相，并可以降低相变点，增加淬透性，提高热处理强化效果；本发明的Nb组分范围是2.5％～3.5％，大量实验研究表明，此时钛合金在增材后强度较高的同时，塑性仍然很好。

Fe：Fe在钛合金中属于β相稳定元素，是最强的β相稳定元素之一，其固溶强化β相作用，提高钛合金的塑性，但其热稳定性较差，易产生偏析，因此钛合金较少含Fe；本发明显著提高了Fe的含量，使其控制在0.1％～0.2％范围内，同时控制Si含量为0.1％～0.2％，在于Nb、Fe、Si三者的协同作用下，可以大幅度降低O对钛合金性能的影响，Fe含量太低，强度较低，Fe含量太高，塑性下降。