[发明专利]提高激光增材制造钛合金组织与性能稳定性的热处理方法

说明书

本发明公开了一种提高激光增材制造钛合金组织与性能稳定性的热处理方法：清理激光增材制造钛合金构件表面污渍和内部残余金属粉末；将清理好的激光增材制造钛合金构件置于真空热处理炉内，进行第一阶段等温退火热处理；将得到的激光增材制造钛合金构件进行第二阶段等温退火热处理。本发明能够有效提高增材制造TA15钛合金的塑性和冲击韧性，为增材制造钛合金构件性能优化提供一种新的解决方案；本发明相对普通热处理退火工艺，能够有效提高材料组织、性能的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种提高激光增材制造近α钛合金组织与性能稳定性的热处理方法，属于金属激光增材制造技术领域。

背景技术

钛合金由于比强度高、耐蚀性好、高温性能好等特点，被广泛应用于制造飞机隔框、壁板、加强件等工作温度较高、受力较为复杂的重要结构件，由于其成形温度范围窄、局部易过热等特点，锻造加工难度大。激光增材制造技术具有短周期、高柔性和快速响应等特点，为钛合金零件快速制造提供有效途径。但是该项技术快速熔凝特性使得沉积态得到的通常是亚稳态的过饱和针状马氏体组织，这使得钛合金试样具有较低的塑性和韧性，需要进一步热处理，才能改善其微观组织和力学性能。

普通退火热处理能够促进马氏体分解形成α相和β相，但所形成的α相和β相组织存在形态、粗细分布不均的现象，这导致普通退火热处理钛合金力学性能不稳定。等温退火热处理在固定温度下完成β→α+β相转变，保证了组织的均匀性和性能的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：激光增材制造TA15钛合金构件组织、性能稳定性差，塑性、韧性低等问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种提高激光增材制造钛合金组织与性能稳定性的热处理方法，包括以下步骤：

步骤1)：清理激光增材制造钛合金构件表面污渍和内部残余金属粉末；

步骤2)：将清理好的激光增材制造钛合金构件置于真空热处理炉内，进行第一阶段等温退火热处理；

步骤3)：将步骤2)得到的激光增材制造钛合金构件进行第二阶段等温退火热处理。

步骤2)和步骤3)中所述保温时间取决于构件的最大壁厚，壁厚越大，保温时间越长。

优选地，所述步骤1)中激光增材制造钛合金构件的制备工艺为选区激光熔化技术(SLM)或激光熔化沉积技术(LMD)。

优选地，所述步骤1)中激光增材制造钛合金构件表面污渍的清理方法为：采用酒精、无纺布擦拭，防止热处理过程污渍蒸发，污染炉腔。

优选地，所述步骤1)中激光增材制造钛合金构件内部残余金属粉末的清理方法为：采用高压气枪清理，直到构件内部无粉末流出，防止热处理过程中粉末受热结块，堵塞构件内部流道。

优选地，所述步骤2)中第一阶段等温退火热处理具体为：以2～4℃/min的加热速度加热至β相转变温度T_β～(T_β-50℃)之间，保温2～4小时。

优选地，所述步骤3)中第二阶段等温退火热处理具体为：以2～4℃/min的冷却速度炉冷至550℃～(T_β-50℃)，保温2～4小时，再随炉冷却至常温。

由于激光增材制造技术过快的冷却速度，激光增材制造钛合金试样显微组织为β柱状树枝晶上分布着过饱和的针状马氏体，通过等温退火热处理促进马氏体完全转变，形成均匀的α相和β相组织。第一阶段等温退火热处理的目的是：促进马氏体相完全转变为β和α相；第二阶段等温退火热处理的目的是：保证β相在固定的温度下完成向α相的组织转变过程，从而保证了组织的均匀性，包括α相与β相的分布含量、组织形态以及尺寸均匀性。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：