[发明专利]一种激光立体成形态TC4钛合金的热处理方法

说明书

一种激光立体成形态TC4钛合金的热处理方法，以激光立体成形态TC4钛合金作为研究对象，对激光立体成形态TC4钛合金进行热处理试验，获得最优热处理工艺。对指导TC4钛合金激光立体成形及其后处理工艺有着重要的理论意义与工程应用价值。其中，研究专用于激光立体成形态钛合金的热加工工艺，包括优化热处理工艺改善微观组织；对采用优化的热处理工艺所得材料进行热变形,是本发明的重要内容，具有重要的理论意义与工程应用价值。

技术领域

本发明属于增材制造和金属热处理领域，特别涉及一种激光立体成形态TC4钛合金的热处理方法。

背景技术

钛合金是一种应用广泛的金属，具有比强度高、耐腐蚀性好、高温力学性能好等优点，在航空航天领域的应用受到广泛关注。TC4钛合金具有高熔点、高熔融态活性、 较大的变形抗力等特点，通过热处理可使抗拉强度达到1173MPa，是目前应用最广泛 的钛合金之一。金属零件激光立体成形(Laser Solid Forming,LSF)增材制造技术是一 种能够实现高性能复杂结构、致密金属零件的无模具、快速、全致密近净成形的技术。 利用激光立体成形技术生产的钛合金零件可以满足低成本，短周期，高性能和高灵活 性的严格要求，符合先进的飞机设计原则，为钛合金的国防制备提供了新技术。

激光立体成形具有逐层沉积定向凝固的特征，微观组织上为粗大柱状枝晶，枝晶内部为针状马氏体，与传统技术制成的TC4钛合金相比有很大差异。有效的热处理可 改变金属材料的微观组织，通过改变激光立体成形态TC4钛合金的微观组织可提高其 力学性能。

美国AeroMet公司(Frocs S,Arcella F.Laser forming titanium componentsfrom powder[J].Materials Technology,2000,15(1):8-12)，使用激光立体成形技术制备的商业 纯钛、TC4钛合金等具有符合AMS标准的力学性能，但并未涉及对其后处理改性优化的研究。华南理工大学的研究结果也表明，激光立体成形钛合金的机械性能达到ASTMB381-2006a锻造标准(杨永强,王迪,吴伟辉.金属零件选区激光熔化直接成型 技术研究进展[J].中国激光2011,6:60-70.)，但同样也只是激光立体成形钛合金基础 性能的研究，未涉及后处理改性的内容。Lewis等(Lewis G K,Schlienger E.Practicalconsiderations and capabilities for laser assisted direct metal deposition[J].Materials Design,2000,21(4):417-423.)发现采用激光立体成形的TC4钛合金的屈服强度和抗拉 强度达到甚至超过了锻件，但伸长率却低于锻件，Alcisto等(Alcisto J,Enriquez A, Garcia H,et al.Tensile properties and microstructures of laser-formed Ti-6Al-4V[J],2011, 20(2):203-212.)人的研究也显示了相似的结果，伸长率的降低会影响其使用性能，但 作者并未对其所获得的激光立体成形钛合金进行后处理分析。张霜银(张霜银.激光 快速成形TC4钛合金的组织和力学性能研究.西北工业大学,2006.)等人的研究还发 现，沿沉积方向拉伸时，在三维激光形态下沉积的TC4钛合金样品的拉伸强度可以达 到1200MPa，远高于895MPa锻件的标准，但伸长率却很高。经过固溶时效处理后， 其抗拉强度可以降低到1035MPa，伸长率可以提高到13.5％，但是由于激光立体成形态钛合金微观组织上的特殊性，传统钛合金的热加工工艺可能并不适用于激光立体成 形态钛合金，激光立体成形态钛合金的热加工工艺有待更为深入的研究。

发明内容