CN107414078A - 一种tc4钛合金激光选区熔化增材制造工艺 - Google Patents

一种tc4钛合金激光选区熔化增材制造工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN107414078A
CN107414078A CN201710708142.7A CN201710708142A CN107414078A CN 107414078 A CN107414078 A CN 107414078A CN 201710708142 A CN201710708142 A CN 201710708142A CN 107414078 A CN107414078 A CN 107414078A
Authority
CN
China
Prior art keywords
component
powder
scanning
process according
selective laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710708142.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107414078B (zh
Inventor
戴煜
羊建高
李礼
易志明
吕攀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HUNAN DINGLI TECHNOLOGY CO LTD
Original Assignee
Advanced Corp for Materials and Equipments Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Corp for Materials and Equipments Co Ltd filed Critical Advanced Corp for Materials and Equipments Co Ltd
Priority to CN201710708142.7A priority Critical patent/CN107414078B/zh
Publication of CN107414078A publication Critical patent/CN107414078A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107414078B publication Critical patent/CN107414078B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248—Thermal after-treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明提供了一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，包括：A)制备TC4粉末；对成型部件进行切片、扫描处理；B)在基板上铺设TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；C)将所述构件进行退火处理；D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到最终成形构件。本发明采用特定的激光选区熔化工艺，同时将打印成型的构件先退火后固溶处理，最终制备得到的构件抗拉强度、屈服强度和延伸率较其他工艺均有明显的提升。同时本发明制备的构件经退火处理，内应力得到充分释放，打印后消除了构件变形的问题，打印精度更高。实验结果表明，本发明制备的增材制造构件抗拉强度超过了1100MPa；屈服强度超过900MPa；延伸率达到12％以上。

Description

一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺
技术领域
本发明涉及金属增材制造技术领域，尤其是涉及一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺。
背景技术
钛合金具有耐腐蚀性强、耐热性好、弹性模量低、无磁性等诸多特性，经固溶处理再时效强化后的比强度远高于高强度铝合金、镁合金及高温合金，甚至与超高强度钢相当，广泛应用于航空航天、国防军工、船舶、生物医用、化工、汽车等领域。如美国F-22战机上钛合金的用量已高达41％，而铝合金和钢的用量分别只有15％和5％。
但是钛合金可加工性差，材料利用率低，成为制约该类合金应用的主要技术瓶颈。激光选区熔化增材制造技术(SLM)是通过高能激光束逐层熔化钛合金粉末，进而实现高性能复杂构件的制造。同时该技术克服了材料加工难、材料利用率低的难题，具有快速成形、强度高等特点。但由于激光选区熔化增材制造是一个快速凝固的过程，导致钛合金构件存在较高的内应力，从而使得钛合金构件的变形十分严重，材料塑形也较差。
因此，寻求一种适用于钛合金激光选区熔化增材制造技术的打印及热处理工艺，消除钛合金构件的内应力变形，提高材料塑形是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，本发明提供的制造工艺制备得到的构件内应力低，综合力学性能好。
本发明提供了一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，包括：
A)制备TC4粉末；
对成型部件进行切片、扫描处理；
B)在基板上铺设TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；所述扫描实体的激光功率300～400W，光斑直径50～70μm，扫描轮廓及非实体的激光功率100～200W，实体扫描速度3000～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3000～3600mm/s；所述铺粉层厚20～30μm；
C)将所述构件进行退火处理；所述退火处理具体为：升温至800～850℃，保温1～1.5h，随炉冷却至350～400℃；
D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到；所述固溶处理具体为：升温至940～960℃，保温1～2h，保温结束后进行水淬，水淬的水温为0～20℃。
优选的，步骤A)所述制备TC4粉末的方法选自气体雾化法、离心雾化法、等离子火炬法和球化法中的一种。
优选的，步骤A)所述TC4粉末的流动性为≤25s/50g；TC4粉末的粒径为15～53μm。
优选的，步骤A)所述切片厚度为10～30μm；所述扫描采用九宫格方式逐层扫描，逐层扫描时偏转角度；偏转角为36～40°。
优选的，步骤B)所述基板预热温度为100～200℃；所述铺粉层厚22～30μm。
优选的，步骤B)所述扫描实体的激光功率330～400W，光斑直径55～65μm，扫描轮廓及非实体的激光功率110～200W，实体扫描速度3100～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3100～3600mm/s；扫描塔接率为0.06～0.07。
优选的，步骤B)所述成型在腔室内成型；所述腔室内为惰性气体；腔室内氧含量低于500ppm；腔室内压力为10～40mbar。
优选的，所述步骤B)打印后还包括将构件在腔室内放置3～5h。
优选的，步骤C)所述退火处理具体为：3～4h内升温至825～850℃，保温1～1.4h，真空度为4×10-3～5×10-3Pa，随炉冷却至350～400℃；开炉门，继续通气冷却，温度降至100℃以下。
优选的，步骤D)所述固溶处理具体为：3～4h内升温至940～955℃，保温1～1.8h，真空度4×10-3～5×10-3Pa，保温结束后进行水淬，水淬要求淬火前水温为0～18℃，转移时间≤5s。
与现有技术相比，本发明提供了一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，包括：A)制备TC4粉末；对成型部件进行切片、扫描处理；B)在基板上铺设TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；所述扫描实体的激光功率300～400W，光斑直径50～70μm，扫描轮廓及非实体的激光功率100～200W，实体扫描速度3000～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3000～3600mm/s；所述铺粉层厚20～30μm；C)将所述构件进行退火处理；所述退火处理具体为：升温至800～850℃，保温1～1.5h，随炉冷却至350～400℃；D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到；所述固溶处理具体为：升温至940～960℃，保温1～2h，保温结束后进行水淬，水淬的水温为0～20℃。本发明采用特定的激光选区熔化工艺，同时将打印成型的构件先退火后固溶处理，最终制备得到的增材制造构件抗拉强度、屈服强度和延伸率均有明显的提升。同时本发明制备的构件经退火处理，内应力得到充分释放，打印后消除了构件变形的问题，打印精度更高。实验结果表明，本发明制备的增材制造构件抗拉强度超过了1100MPa；屈服强度超过900MPa；延伸率达到12％以上。附图说明
图1为本发明实施例1打印得到的构件的组织结构；
图2为本发明实施例1固溶处理得到的构件的组织结构。
具体实施方式
本发明提供了一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，包括：
A)制备TC4粉末；
对成型部件进行切片、扫描处理；
B)在基板上铺设TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；所述扫描实体的激光功率300～400W，光斑直径50～70μm，扫描轮廓及非实体的激光功率100～200W，实体扫描速度3000～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3000～3600mm/s；所述铺粉层厚20～30μm；
C)将所述构件进行退火处理；所述退火处理具体为：升温至800～850℃，保温1～1.5h，随炉冷却至350～400℃；
D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到；所述固溶处理具体为：升温至940～960℃，保温1～2h，保温结束后进行水淬，水淬的水温为0～20℃。
本发明提供的TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺首先制备TC4粉末。
按照本发明，对于TC4粉末不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。制备TC4粉末的方法优选选自气体雾化法、离心雾化法、等离子火炬法和球化法中的一种；更优选为离心雾化法或等离子火炬法；最优选为离心雾化法。
本发明对于TC4粉末的流动性有要求，所述TC4粉末的流动性优选为≤25s/50g；从而满足本发明的激光选区熔化铺粉要求。
本发明所述粉末在惰性气体保护下通过超声波振动筛粉机进行筛分，防止粉末氧化；
本发明所述TC4粉末的粒径优选为15～53μm；其中d10控制在18±3μm，d50控制在30±3μm，d90控制在45±3μm。
本发明通过选择上述TC4粉末的制备方法同时结合特定的粒径使得制备得到的增材制造构件的力学性能更好。
本发明TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺包括对成型部件进行切片、扫描处理。
本发明对于所述切片、扫描使用的具体仪器型号和规格以及具体操作方法不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
本发明对成形的复杂结构部件进行切片处理；所述切片厚度优选10～30μm；更优选为10～28μm；最优选为10～25μm；最最优选为10～20μm；规划构件扫描路径，采用九宫格方式扫描，逐层扫描时偏转角度，偏转角在36-40°之间。
通过本发明的切片和扫描方式可以使得增材制造构件的结构更加精确，误差更小，从而提高了打印的精度。
切片、扫描完毕后，本发明在基板上铺设TC4粉末。
本发明对于所述铺粉的设备和方式不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
按照本发明，所述基板预热温度优选为100～200℃；更优选为110～180℃；最优选为120～170℃。所述铺粉层厚20～30μm；更优选为22～30μm；最优选为25～30μm；最最优选为25～28μm。其中，供粉量设置为铺粉厚度的2-3倍。
铺粉后，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件。
本发明所述激光选区熔化工艺优选采用激光选区熔化设备进行；所述打印成型优选在成型腔室中进行。
按照本发明，激光选区熔化设备优选采用抽真空与置换相结合的方式，首先抽真空至80KPa后向成型室充入高纯惰性气体；优选为高纯Ar气，如此反复置换多次，直至成形腔氧含量低于500ppm且压力优选维持在10～40mbar启动打印；更优选压力在30～40mbar启动打印。
按照本发明，所述扫描实体的激光功率为300～400W，优选为330～400W；更优选为340～380W；所述光斑直径为50～70μm，优选为55～70μm，更优选为60～70μm；所述扫描轮廓及非实体的激光功率100～200W，优选为100～180W，更优选为100～160W；所述实体扫描速度为3000～3600mm/s，优选为3100～3500W；轮廓及非实体扫描速度3000～3600mm/s；优选为3100～3500W；所述扫描塔接率优选为0.06～0.07。
激光束在计算机的控制下完成构件的烧结后，优选在成形腔室内存放3h～5h后取出构件。
采用本发明的激光选区熔化工艺使得打印得到的构件精度高，力学性能好，成型质量高，组织均匀，无气孔、裂纹及未熔颗粒等缺陷。
打印成型后，将所述构件进行退火处理。
按照本发明，所述退火处理具体为：升温至800～850℃，保温1～1.5h，随炉冷却至350～400℃；优选具体为：3～4h内升温至825～850℃，保温1～1.4h，真空度为4×10-3～5×10-3Pa，随炉冷却至350～400℃；开炉门，继续通气冷却，温度降至100℃以下。更优选具体为：3.5～4h内升温至830～850℃，保温1～1.3h，真空度为4×10-3～5×10-3Pa，随炉冷却至350～390℃；开炉门，继续通气冷却，温度降至100℃以下。
通过本发明的退火处理大大减少了构件的内应力，消除了构件打印后变形，打印精度更高，同时材料的显微组织与力学性能具有各向同性且均匀化。
退火后，对所述退火后的构件进行固溶处理，得到最终成形构件。
按照本发明，所述固溶处理具体为：升温至940～960℃，保温1～2h，保温结束后进行水淬，水淬的水温为0～20℃；优选具体为：3～4h内升温至940～955℃，保温1～1.8h，真空度4×10-3～5×10-3Pa，保温结束后进行水淬，水淬要求淬火前水温为0～18℃，转移时间≤5s；更优选具体为：3～4h内升温至945～955℃，保温1.2～1.8h，真空度4×10-3～5×10- 3Pa，保温结束后进行水淬，水淬要求淬火前水温为0～15℃，转移时间≤5s。
通过本发明的固溶处理，使得本发明的强度和塑性得到更好的配比，综合性能好。
本发明提供了一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，包括：A)制备TC4粉末；对成型部件进行切片、扫描处理；B)在基板上铺设制备的TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；所述扫描实体的激光功率300～400W，光斑直径50～70μm，扫描轮廓及非实体的激光功率100～200W，实体扫描速度3000～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3000～3600mm/s；所述铺粉层厚20～30μm；C)将所述构件进行退火处理；所述退火处理具体为：升温至800～850℃，保温1～1.5h，随炉冷却至350～400℃；
D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到；所述固溶处理具体为：升温至940～960℃，保温1～2h，保温结束后进行水淬，水淬的水温为0～20℃。本发明采用特定的激光选区熔化工艺，同时将打印成型的构件先退火后固溶处理，最终制备得到的增材制造构件抗拉强度、屈服强度和延伸率均有明显的提升。同时本发明制备的构件经退火处理，内应力得到充分释放，打印后消除了构件变形的问题，打印精度更高。实验结果表明，本发明制备的增材制造构件抗拉强度超过了1100MPa；屈服强度超过900MPa；延伸率达到12％以上，可满足航空航天、武器装备、船舶等产品对TC4钛合金构件综合力学性能的要求。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的材料进行详细描述。
实施例1
(1)材料为TC4粉末，粉末粒径范围15-53μm，其中d10控制在18μm，d50控制在27μm，d90控制在42μm；
(2)对成形的部件进行切片处理，切片厚度20μm；规划构件扫描路径，采用九宫格方式扫描，逐层扫描时偏转角度，偏转角37°；
(3)激光选区熔化设备采用抽真空与置换相结合的方式，首先抽真空至80KPa后向成型室充入高纯Ar气，如此反复置换多次，直至成形腔氧含量低于500ppm且压力维持在30mbar启动打印；
(4)首先通过预热功能将基板进行预热，预热温度为150℃，基板预热完成后再通过铺粉机构在基板上平铺一层厚度为30μm的TC4钛合金粉末；
(5)激光选区熔化工艺：激光功率350W，扫描轮廓及非实体的激光功率150W，光斑直径70μm，实体扫描速3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3600mm/s，扫描搭接率0.06；
(6)激光束在计算机的控制下完成构件的烧结后，在成形腔室内存放3h后取出构件；对得到的构件进行显微组织观察，结果如图1所示，图1为本发明实施例1打印得到的构件的组织结构。
(7)构件的去应力退火：构件取出后，4h内升温至850℃，保温1h，真空度5×10-3Pa，随炉冷却至400℃，开炉门，继续通气冷却，温度降至100℃以下后取出构件，以减少构件的内应力；
(8)构件的固溶处理：4h内升温至950℃，保温1h，真空度5×10-3Pa，然后进行水淬处理，构件转移时间≤6s。对得到的构件进行显微组织观察，结果如图2所示，图2为本发明实施例1固溶处理得到的构件的组织结构。由图1和图2可以看出经退火及固溶处理后，显微组织明显得到细化，分布更加均匀。
对本发明实施例制备得到的增材制造构件进行性能测定，结果表明：本发明方法制备的TC4钛合金构件无因内应力释放导致的翘曲变形现象，打印构件的抗拉强度达到1120MPa，屈服强度达到1034MPa，延伸率达到12.1％。
实施例2
(1)材料为TC4粉末，粉末粒径范围15-53μm，其中d10控制在15μm，d50控制在30μm，d90控制在45μm；
(2)对成形的部件进行切片处理，切片厚度10μm；规划构件扫描路径，采用九宫格方式扫描，逐层扫描时偏转角度，偏转角38°；
(3)激光选区熔化设备采用抽真空与置换相结合的方式，首先抽真空至80KPa后向成型室充入高纯Ar气，如此反复置换多次，直至成形腔氧含量低于500ppm且压力维持在30mbar启动打印；
(4)首先通过预热功能将基板进行预热，预热温度为100℃，基板预热完成后再通过铺粉机构在基板上平铺一层厚度为28μm的TC4钛合金粉末；
(5)激光选区熔化工艺：激光功率330W，扫描轮廓及非实体的激光功率100W，光斑直径70μm，实体扫描速3200mm/s，轮廓及非实体扫描速度3200mm/s，扫描搭接率0.07；
(6)激光束在计算机的控制下完成构件的烧结后，在成形腔室内存放5h后取出构件；
(7)构件的去应力退火：构件取出后，4h内升温至830℃，保温1.2h，真空度5×10- 3Pa，随炉冷却至350℃，开炉门，继续通气冷却，温度降至100℃以下后取出构件，以减少构件的内应力；
(8)构件的固溶处理：4h内升温至960℃，保温2h，真空度5×10-3Pa，然后进行水淬处理，构件转移时间≤6s。
对本发明实施例制备得到的增材制造构件进行性能测定，结果表明：本发明方法制备的TC4钛合金构件无因内应力释放导致的翘曲变形现象，打印构件的抗拉强度达到1280MPa，屈服强度达到923MPa，延伸率达到15.6％。
实施例3
(1)材料为TC4粉末，粉末粒径范围15-53μm，其中d10控制在21μm，d50控制在33μm，d90控制在48μm；
(2)对成形的部件进行切片处理，切片厚度30μm；规划构件扫描路径，采用九宫格方式扫描，逐层扫描时偏转角度，偏转角39°；
(3)激光选区熔化设备采用抽真空与置换相结合的方式，首先抽真空至80KPa后向成型室充入高纯Ar气，如此反复置换多次，直至成形腔氧含量低于500ppm且压力维持在30mbar启动打印；
(4)首先通过预热功能将基板进行预热，预热温度为200℃，基板预热完成后再通过铺粉机构在基板上平铺一层厚度为28μm的TC4钛合金粉末；
(5)激光选区熔化工艺：激光功率400W，扫描轮廓及非实体的激光功率200W，光斑直径70μm，实体扫描速3000mm/s，轮廓及非实体扫描速度3000mm/s，扫描搭接率0.06；
(6)激光束在计算机的控制下完成构件的烧结后，在成形腔室内存放5h后取出构件；
(7)构件的去应力退火：构件取出后，4h内升温至825℃，保温1.5h，真空度5×10- 3Pa，随炉冷却至380℃，开炉门，继续通气冷却，温度降至100℃以下后取出构件，以减少构件的内应力；
(8)构件的固溶处理：4h内升温至940℃，保温2h，真空度5×10-3Pa，然后进行水淬处理，构件转移时间≤6s。
对本发明实施例制备得到的增材制造构件进行性能测定，结果表明：本发明方法制备的TC4钛合金构件无因内应力释放导致的翘曲变形现象，打印构件的抗拉强度达到1280MPa，屈服强度达到1034MPa，延伸率达到12.1％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，其特征在于，包括：
A)制备TC4粉末；
对成型部件进行切片、扫描处理；
B)在基板上铺设TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；所述扫描实体的激光功率300～400W，光斑直径50～70μm，扫描轮廓及非实体的激光功率100～200W，实体扫描速度3000～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3000～3600mm/s；所述铺粉层厚20～30μm；
C)将所述构件进行退火处理；所述退火处理具体为：升温至800～850℃，保温1～1.5h，随炉冷却至350～400℃；
D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到最终成形构件；所述固溶处理具体为：升温至940～960℃，保温1～2h，保温结束后进行水淬，水淬的水温为0～20℃。
2.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，步骤A)所述制备TC4粉末的方法选自气体雾化法、离心雾化法、等离子火炬法和球化法中的一种。
3.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，步骤A)所述TC4粉末的流动性为≤25s/50g；TC4粉末的粒径为15～53μm。
4.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，步骤A)所述切片厚度为10～30μm；所述扫描采用九宫格方式逐层扫描，逐层扫描时偏转角度；偏转角为36～40°。
5.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，步骤B)所述基板预热温度为100～200℃；所述铺粉层厚22～30μm。
6.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，步骤B)所述扫描实体的激光功率330～400W，光斑直径55～65μm，扫描轮廓及非实体的激光功率110～200W，实体扫描速度3100～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3100～3600mm/s；扫描塔接率为0.06～0.07。
7.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，步骤B)所述成型在腔室内成型；所述腔室内为惰性气体；腔室内氧含量低于500ppm；腔室内压力为10～40mbar。
8.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，所述步骤B)打印后还包括将构件在腔室内放置3～5h。
9.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，步骤C)所述退火处理具体为：3～4h内升温至825～850℃，保温1～1.4h，真空度为4×10-3～5×10-3Pa，随炉冷却至350～400℃；开炉门，继续通气冷却，温度降至100℃以下。
10.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，步骤D)所述固溶处理具体为：3～4h内升温至940～955℃，保温1～1.8h，真空度4×10-3～5×10-3Pa，保温结束后进行水淬，水淬要求淬火前水温为0～18℃，转移时间≤5s。
CN201710708142.7A 2017-08-17 2017-08-17 一种tc4钛合金激光选区熔化增材制造工艺 Active CN107414078B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710708142.7A CN107414078B (zh) 2017-08-17 2017-08-17 一种tc4钛合金激光选区熔化增材制造工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710708142.7A CN107414078B (zh) 2017-08-17 2017-08-17 一种tc4钛合金激光选区熔化增材制造工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107414078A true CN107414078A (zh) 2017-12-01
CN107414078B CN107414078B (zh) 2019-06-18

Family

ID=60438294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710708142.7A Active CN107414078B (zh) 2017-08-17 2017-08-17 一种tc4钛合金激光选区熔化增材制造工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107414078B (zh)

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108247057A (zh) * 2018-03-06 2018-07-06 湖南顶立科技有限公司 一种k4648合金构件的增材制造工艺
CN110340343A (zh) * 2018-04-08 2019-10-18 中国航发商用航空发动机有限责任公司 采用prep tc4粉末的激光熔化沉积增材制造及热处理方法
CN110523984A (zh) * 2019-09-18 2019-12-03 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院 一种协同提升钛合金表面精度和强度的激光增材制造方法
CN110882414A (zh) * 2019-12-26 2020-03-17 中南大学 一种多孔口腔种植体及其制备方法
CN111570793A (zh) * 2020-05-15 2020-08-25 中国航发北京航空材料研究院 多孔结构变密度梯度金属材料的激光选区熔化制备方法
CN111992713A (zh) * 2020-07-16 2020-11-27 国营芜湖机械厂 一种飞机进气道防护栅激光选区熔化成形方法
CN112191843A (zh) * 2020-08-26 2021-01-08 东莞材料基因高等理工研究院 一种激光选区熔化制备Ti-1Al-8V-5Fe合金材料的方法
CN112453426A (zh) * 2020-12-10 2021-03-09 安徽工程大学 一种航空用钛合金3d打印增强工艺
WO2021057606A1 (zh) * 2019-09-27 2021-04-01 江苏大学 一种双相钛合金增材构件激光冲击强化方法
CN112962041A (zh) * 2021-02-01 2021-06-15 中国科学院金属研究所 一种提高增材制造tc4钛合金材料断裂韧性的方法
CN111455216B (zh) * 2020-05-27 2021-07-23 长安大学 一种面向激光增材制造应用的类tc4钛合金
CN113927043A (zh) * 2021-10-18 2022-01-14 四川大学 一种制备Ti-55531高强高韧钛合金3D打印-锻造结合件的方法
CN114216763A (zh) * 2021-10-25 2022-03-22 北京星航机电装备有限公司 一种钛合金材料激光选区熔化成形性能的评价方法
CN114635056A (zh) * 2022-05-17 2022-06-17 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种高温高强钛合金及其增材制备方法
CN114713847A (zh) * 2022-01-13 2022-07-08 南京晨光集团有限责任公司 一种基于残余应力释放的大尺寸结构件激光增材制造方法
CN115094261A (zh) * 2022-06-27 2022-09-23 广州赛隆增材制造有限责任公司 一种粗晶-细晶复合结构钛合金及其制备方法和用途
CN115178750A (zh) * 2022-05-16 2022-10-14 航材国创(青岛)高铁材料研究院有限公司 一种钛合金金属相控阵标准试块及其制备方法
CN115401361A (zh) * 2022-10-13 2022-11-29 上海交通大学 一种镁锂合金电弧增材制造焊丝及其制备和增材制造方法
CN116586635A (zh) * 2023-05-17 2023-08-15 成都科宁达科技有限公司 一种提高激光选区熔覆tc4钛合金金瓷结合性能的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105014073A (zh) * 2015-08-18 2015-11-04 上海航天精密机械研究所 一种tc4钛合金激光选区熔化增材制造及热处理方法
CN105562694A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 中国钢研科技集团有限公司 一种适用于增材制造零部件的热等静压三控方法
DE102014226805A1 (de) * 2014-12-22 2016-06-23 Robert Bosch Gmbh Turbinenrad und Verfahren zu seiner Herstellung
CN105728722A (zh) * 2016-03-08 2016-07-06 广州有色金属研究院 一种陶瓷钛合金复合材料生物植入制件的3d打印方法
CN106978577A (zh) * 2017-04-10 2017-07-25 大连交通大学 一种非晶合金复合材料的激光3d打印方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014226805A1 (de) * 2014-12-22 2016-06-23 Robert Bosch Gmbh Turbinenrad und Verfahren zu seiner Herstellung
CN105014073A (zh) * 2015-08-18 2015-11-04 上海航天精密机械研究所 一种tc4钛合金激光选区熔化增材制造及热处理方法
CN105562694A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 中国钢研科技集团有限公司 一种适用于增材制造零部件的热等静压三控方法
CN105728722A (zh) * 2016-03-08 2016-07-06 广州有色金属研究院 一种陶瓷钛合金复合材料生物植入制件的3d打印方法
CN106978577A (zh) * 2017-04-10 2017-07-25 大连交通大学 一种非晶合金复合材料的激光3d打印方法

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108247057A (zh) * 2018-03-06 2018-07-06 湖南顶立科技有限公司 一种k4648合金构件的增材制造工艺
CN110340343A (zh) * 2018-04-08 2019-10-18 中国航发商用航空发动机有限责任公司 采用prep tc4粉末的激光熔化沉积增材制造及热处理方法
CN110523984A (zh) * 2019-09-18 2019-12-03 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院 一种协同提升钛合金表面精度和强度的激光增材制造方法
WO2021057606A1 (zh) * 2019-09-27 2021-04-01 江苏大学 一种双相钛合金增材构件激光冲击强化方法
US11148207B1 (en) 2019-09-27 2021-10-19 Jiangsu University Laser shock peening method for additive manufactured component of double-phase titanium alloy
CN110882414A (zh) * 2019-12-26 2020-03-17 中南大学 一种多孔口腔种植体及其制备方法
CN111570793A (zh) * 2020-05-15 2020-08-25 中国航发北京航空材料研究院 多孔结构变密度梯度金属材料的激光选区熔化制备方法
CN111455216B (zh) * 2020-05-27 2021-07-23 长安大学 一种面向激光增材制造应用的类tc4钛合金
CN111992713A (zh) * 2020-07-16 2020-11-27 国营芜湖机械厂 一种飞机进气道防护栅激光选区熔化成形方法
CN112191843A (zh) * 2020-08-26 2021-01-08 东莞材料基因高等理工研究院 一种激光选区熔化制备Ti-1Al-8V-5Fe合金材料的方法
CN112453426A (zh) * 2020-12-10 2021-03-09 安徽工程大学 一种航空用钛合金3d打印增强工艺
CN112962041A (zh) * 2021-02-01 2021-06-15 中国科学院金属研究所 一种提高增材制造tc4钛合金材料断裂韧性的方法
CN113927043A (zh) * 2021-10-18 2022-01-14 四川大学 一种制备Ti-55531高强高韧钛合金3D打印-锻造结合件的方法
CN114216763A (zh) * 2021-10-25 2022-03-22 北京星航机电装备有限公司 一种钛合金材料激光选区熔化成形性能的评价方法
CN114713847A (zh) * 2022-01-13 2022-07-08 南京晨光集团有限责任公司 一种基于残余应力释放的大尺寸结构件激光增材制造方法
CN115178750A (zh) * 2022-05-16 2022-10-14 航材国创(青岛)高铁材料研究院有限公司 一种钛合金金属相控阵标准试块及其制备方法
CN115178750B (zh) * 2022-05-16 2024-02-27 航材国创(青岛)高铁材料研究院有限公司 一种钛合金金属相控阵标准试块及其制备方法
CN114635056A (zh) * 2022-05-17 2022-06-17 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种高温高强钛合金及其增材制备方法
CN114635056B (zh) * 2022-05-17 2022-07-29 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种高温高强钛合金及其增材制备方法
CN115094261A (zh) * 2022-06-27 2022-09-23 广州赛隆增材制造有限责任公司 一种粗晶-细晶复合结构钛合金及其制备方法和用途
CN115401361A (zh) * 2022-10-13 2022-11-29 上海交通大学 一种镁锂合金电弧增材制造焊丝及其制备和增材制造方法
CN115401361B (zh) * 2022-10-13 2024-01-30 上海交通大学 一种镁锂合金电弧增材制造焊丝及其制备和增材制造方法
CN116586635A (zh) * 2023-05-17 2023-08-15 成都科宁达科技有限公司 一种提高激光选区熔覆tc4钛合金金瓷结合性能的方法
CN116586635B (zh) * 2023-05-17 2024-01-19 成都科宁达科技有限公司 一种提高激光选区熔覆tc4钛合金金瓷结合性能的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107414078B (zh) 2019-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107414078B (zh) 一种tc4钛合金激光选区熔化增材制造工艺
CN107790720A (zh) 一种高温合金增材制造方法
CN107881385A (zh) 一种铝合金构件的增材制造工艺
CN112935252B (zh) 一种基于激光选区熔化技术制备高强韧共晶高熵合金的方法
CN103045925B (zh) 一种钼钠合金旋转溅射管形靶材的制备工艺
CN110893502B (zh) 一种铝合金梯度结构件的电弧增材制造方法
CN110791686A (zh) 一种用于增材制造的铝合金粉末材料、制备方法及应用
WO2021004431A1 (zh) 一种用GRCop-84球形粉打印燃烧室内衬类似结构的技术方法
CN109514066A (zh) 基于电子束熔丝增材制造的控制层间温度的装置
CN110405209A (zh) 原位降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法
CN109514068A (zh) 基于电子束热丝熔丝增材制造的装置
KR20180117203A (ko) 티타늄, 알루미늄, 바나듐, 및 철로 이루어진 bcc 재료, 및 이로 제조된 제품
CN111069609A (zh) 适用于喷射成形超高强铝合金板材熔焊的焊丝制备工艺
CN106319469A (zh) 一种铜铟镓合金靶材的制备方法
CN109967733A (zh) FeCrVTiMn高熵合金及使用其进行激光增材制造的方法
CN116332645A (zh) 一种氧化钼钽靶材及其制备方法与应用
CN108941306A (zh) 一种非晶合金汽爆冲击热成形方法
CN102864343B (zh) 一种原位铝基复合材料孕育剂的制备方法
CN101928909B (zh) 一种利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法
CN106498226A (zh) 一种光电倍增管倍增极用高铍铜合金制备方法
CN111101043B (zh) 一种激光增材制造的CrMoVNbAl高熵合金及其成形工艺
KR20120072235A (ko) 페라이트계 산화물 분산강화합금 및 그 제조방법
CN114959508B (zh) 一种不锈钢及其制备方法
CN104817277B (zh) 一种采用银复合靶材制备防辐射玻璃的方法及其制品
CN113290254B (zh) 一种金属零件的复合制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 410118 Hunan Dingli Technology Co., Ltd., east of Lantian North Road, north of liangtang East Road and west of Shuangtang Road, Xingsha industrial base, Changsha Economic and Technological Development Zone, Changsha City, Hunan Province

Patentee after: ADVANCED CORPORATION FOR MATERIALS & EQUIPMENTS Co.,Ltd.

Address before: 410118 Hunan province Changsha City Economic Development Zone Muyun Dingli Science & Technology Park

Patentee before: ADVANCED CORPORATION FOR MATERIALS & EQUIPMENTS Co.,Ltd.

CP02 Change in the address of a patent holder
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 410199 No. 1271, liangtang East Road, Xingsha industrial base (Changlong Street), Changsha area, China (Hunan) pilot Free Trade Zone, Changsha, Hunan Province

Patentee after: ADVANCED CORPORATION FOR MATERIALS & EQUIPMENTS Co.,Ltd.

Address before: 410118 Hunan Dingli Technology Co., Ltd., east of Lantian North Road, north of liangtang East Road and west of Shuangtang Road, Xingsha industrial base, Changsha Economic and Technological Development Zone, Changsha City, Hunan Province

Patentee before: ADVANCED CORPORATION FOR MATERIALS & EQUIPMENTS Co.,Ltd.

CP02 Change in the address of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 410199 No. 1271, liangtang East Road, Xingsha industrial base (Changlong Street), Changsha area, China (Hunan) pilot Free Trade Zone, Changsha, Hunan Province

Patentee after: Hunan Dingli Technology Co.,Ltd.

Address before: 410199 No. 1271, liangtang East Road, Xingsha industrial base (Changlong Street), Changsha area, China (Hunan) pilot Free Trade Zone, Changsha, Hunan Province

Patentee before: ADVANCED CORPORATION FOR MATERIALS & EQUIPMENTS Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder