CN109338261A - 一种大型激光熔化成形tc11钛合金结构件防变形热处理工艺 - Google Patents

一种大型激光熔化成形tc11钛合金结构件防变形热处理工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN109338261A
CN109338261A CN201811362966.4A CN201811362966A CN109338261A CN 109338261 A CN109338261 A CN 109338261A CN 201811362966 A CN201811362966 A CN 201811362966A CN 109338261 A CN109338261 A CN 109338261A
Authority
CN
China
Prior art keywords
forming
stress relief
heat treatment
relief annealing
titanium alloy
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.)
Pending
Application number
CN201811362966.4A
Other languages
English (en)
Inventor
马存强
马彦东
刘晓霏
姜枫
叶茂
周庆军
王淑青
王萍
杨凯
郭凡
郭占
董万全
刘健
沈毅军
黄艳军
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.)
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Capital Aerospace Machinery Co Ltd
Original Assignee
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Capital Aerospace Machinery 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 China Academy of Launch Vehicle Technology CALT, Capital Aerospace Machinery Co Ltd filed Critical China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Priority to CN201811362966.4A priority Critical patent/CN109338261A/zh
Publication of CN109338261A publication Critical patent/CN109338261A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
    • 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
    • B22F10/60—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
    • 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)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明属于增材制造先进航天材料热处理及其制备的大型复杂零件变形控制技术领域，具体涉及一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，用于保证米级大型结构件增材制造结构件成功制造。采用成形和热处理相互交叉去应力方案，成形1～4和去应力退火1～4交叉进行，流程为：成形1→去应力退火1→成形2→去应力退火2→成形3→去应力退火3→成形4→去应力退火4。本发明通过去应力热处理保证大型TC11钛合金结构件3D打印成形过程中不发生严重变形或开裂，同时保证产品力学性能满足设计要求。

Description

一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺
技术领域
本发明属于增材制造先进航天材料热处理及其制备的大型复杂零件变形控制技术领域，具体涉及一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，用于保证米级大型结构件增材制造结构件成功制造。
背景技术
激光熔化成形(3D打印)兴起初期由于产品多集中于复杂小型产品，方便快捷及突出的性能是主要考虑因素，变形问题虽存在但未引起足够重视，随着3D打印成形结构件尺寸不断增加，至目前的米级航天结构件，成形过程中出现的变形甚至开裂问题日益凸显，已经引起国内外科研生产单位的高度重视。虽然各国都在展开积极的探索并取得了显著效果，但是出于保密的原因，目前尚无统一标准可以参考。
某型号捆绑支座包络尺寸达1400×350×750mm3，采用3D打印成形过程中由于热应力过大出现严重变形甚至开裂现象，严重制约型号任务的顺利交付，成为型号产品生产的瓶颈。
去应力退火被认为是一种性价比极高的消除残余热应力，保证成形成功的热处理方法，前期根据3D打印成形产品的材料、结构特点及变形开裂问题，航天一院211厂开展了去应力退火工艺的摸索，并与成形生产部门密切配合不断调整生产工序及相应参数，通过增加中间去应力退火的工艺保证产品的顺利成形，经过多批次产品的反复摸索试验，最终确定了大型米级3D打印成形TC11捆绑支座成形相匹配的去应力退火工艺，该工艺在对产品使用性能不产生不利影响的前提下，最大限度的降低3D打印成形过程中产生的残余热应力，防止成形中途出现大变形甚至开裂现象，实现了大型结构件的成形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，通过去应力热处理保证大型TC11钛合金结构件3D打印成形过程中不发生严重变形或开裂，同时保证产品力学性能满足设计要求。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，采用成形和热处理相互交叉去应力方案，成形1～4和去应力退火1～4交叉进行，流程为：成形1→去应力退火1→成形2→去应力退火2→成形3→去应力退火3→成形4→去应力退火4。
成形和去应力退火中间放置时间必须严格控制在4h以内，即在4h以内产品必须入炉开始升温保温；升温速率控制采用阶段升温控制的方式，即室温装炉，随炉升温至200±10℃保温≥0.5h，随后每升温100±10℃保温≥0.5h，升温至规定的保温温度后按照各阶段规定的时间进行保温；保温结束后，随炉降温至150±10℃以下后出炉空冷。
所述的成形1高度≤125mm；所应用的结构件高度为750mm。
所述的成形2高度≤250mm。
所述的成形3高度≤450mm。
所述的成形4高度约为750mm。
所述的去应力退火1：保温温度550±10℃，保温时间4～6h。
所述的去应力退火2：保温温度600±10℃，保温时间4～6h。
所述的去应力退火3：保温温度600±10℃，保温时间4～6h。
所述的去应力退火4：保温温度850±10℃，保温时间2-3h。
本发明所取得的有益效果为：
经本发明大型激光融化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺应用后，实现了该产品的成功成形制造，成形及后续机械加工过程中均未发生开裂问题，同时其力学性能满足设计指标要求，保证了产品质量。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明中工艺设计综合以下几个方面因素实现：
(1)去应力退火在成形制造过程中的施加时机必须严格控制，产品成形过程中是残余热应力不断累积的过程，累积量一旦超过材料的屈服强度即发生严重的变形问题，超过抗拉强度时便发生开裂现象，因此去应力退火时机非常重要，前期经过摸索，探索出根据产品成形高度施加四次中间去应力退火的热处理方案；
(2)去应力退火参数设定应以不损坏产品最终使用性能为前提，其保温温度和保温时间必须严格控制在材料发生相变温度以下，同时保温时间应充分考虑全流程成形过程四次去应力退火的叠加效应，通过试验摸索制定了各阶段去应力退火参数，同时配合最终双重退火使材料的使用性能满足设计要求；
(3)残余应力释放具有自主性和随意性，产品成形后室温放置时间需要严格控制以防止放置过程产品产生滞后开裂；另外，去应力退火过程中热处理炉升温速率必须严格控制，升温过快将使材料迅速软化，导致产品残余应力释放过程产生变形或开裂问题，速度过慢产品生产周期和成本将大幅攀升，不利于产品的研制生产，本发明中利用循环空气电炉通过阶梯控温的方式，将升温速率严格控制在一定范围内成功解决了变形及开裂问题。
本发明所述大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺具体步骤如下：
步骤一：去应力退火施加时机
本产品高度为750mm左右，为最大限度的保证成形，应采用“成形-热处理”相互交叉去应力方案，本发明需产品按照以下流程进行成形(1～4)和去应力退火(1～4)交叉进行：
成形1→去应力退火1→成形2→去应力退火2→成形3→去应力退火3→成形4→去应力退火4
其中成形1高度≤125mm，成形2高度≤250mm，成形3高度≤450mm，成形4高度约为750mm；
步骤二：各阶段去应力退火参数设定
不同阶段去应力退火参数应单独设定，前3阶段退火温度不宜太高，以防止保温时间累积对性能造成不利影响，具体为：
去应力退火1：保温温度550±10℃，保温时间4～6h；
去应力退火2：保温温度600±10℃，保温时间4～6h；
去应力退火3：保温温度600±10℃，保温时间4～6h；
去应力退火4：保温温度850±10℃，保温时间2～3h；
步骤三：放置时间及升/降温速率控制
本发明中要求“成形→去应力退火”中间放置时间必须严格控制在4h以内，即在4h以内产品必须入炉开始升温保温措施，以防止产品出现滞后开裂现象；升温速率控制采用阶段升温控制的方式，即室温装炉，随炉升温至200±10℃保温≥0.5h，随后每升温100±10℃保温≥0.5h，升温至规定的保温温度后按照各阶段规定的时间进行保温；保温结束后，随炉降温至150±10℃以下后出炉空冷。

Claims (10)

1.一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，其特征在于：采用成形和热处理相互交叉去应力方案，成形1～4和去应力退火1～4交叉进行，流程为：成形1→去应力退火1→成形2→去应力退火2→成形3→去应力退火3→成形4→去应力退火4。
2.根据权利要求1所述的大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，其特征在于：成形和去应力退火中间放置时间必须严格控制在4h以内，即在4h以内产品必须入炉开始升温保温；升温速率控制采用阶段升温控制的方式，即室温装炉，随炉升温至200±10℃保温≥0.5h，随后每升温100±10℃保温≥0.5h，升温至规定的保温温度后按照各阶段规定的时间进行保温；保温结束后，随炉降温至150±10℃以下后出炉空冷。
3.根据权利要求1所述的大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，其特征在于：所述的成形1高度≤125mm；所应用的结构件高度为750mm。
4.根据权利要求1所述的大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，其特征在于：所述的成形2高度≤250mm。
5.根据权利要求1所述的大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，其特征在于：所述的成形3高度≤450mm。
6.根据权利要求1所述的大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，其特征在于：所述的成形4高度约为750mm。
7.根据权利要求1所述的大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，其特征在于：所述的去应力退火1：保温温度550±10℃，保温时间4～6h。
8.根据权利要求1所述的大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，其特征在于：所述的去应力退火2：保温温度600±10℃，保温时间4～6h。
9.根据权利要求1所述的大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，其特征在于：所述的去应力退火3：保温温度600±10℃，保温时间4～6h。
10.根据权利要求1所述的大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺，其特征在于：所述的去应力退火4：保温温度850±10℃，保温时间2-3h。
CN201811362966.4A 2018-11-16 2018-11-16 一种大型激光熔化成形tc11钛合金结构件防变形热处理工艺 Pending CN109338261A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811362966.4A CN109338261A (zh) 2018-11-16 2018-11-16 一种大型激光熔化成形tc11钛合金结构件防变形热处理工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811362966.4A CN109338261A (zh) 2018-11-16 2018-11-16 一种大型激光熔化成形tc11钛合金结构件防变形热处理工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109338261A true CN109338261A (zh) 2019-02-15

Family

ID=65315586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811362966.4A Pending CN109338261A (zh) 2018-11-16 2018-11-16 一种大型激光熔化成形tc11钛合金结构件防变形热处理工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109338261A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112570729A (zh) * 2020-11-26 2021-03-30 首都航天机械有限公司 一种降低开裂敏感性的激光增材制造方法
CN113355666A (zh) * 2021-04-26 2021-09-07 南昌航空大学 一种激光熔覆增材制造tc18钛合金组织细化和等轴化方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016206804A1 (de) * 2016-04-21 2017-10-26 Airbus Defence and Space GmbH 3D-Druckverfahren zur additiven Fertigung von Metallbauteilen
CN108202142A (zh) * 2016-12-16 2018-06-26 北京有色金属研究总院 一种激光分步增材制造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016206804A1 (de) * 2016-04-21 2017-10-26 Airbus Defence and Space GmbH 3D-Druckverfahren zur additiven Fertigung von Metallbauteilen
CN108202142A (zh) * 2016-12-16 2018-06-26 北京有色金属研究总院 一种激光分步增材制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112570729A (zh) * 2020-11-26 2021-03-30 首都航天机械有限公司 一种降低开裂敏感性的激光增材制造方法
CN113355666A (zh) * 2021-04-26 2021-09-07 南昌航空大学 一种激光熔覆增材制造tc18钛合金组织细化和等轴化方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107971491B (zh) 一种消除电子束选区熔化增材制造镍基高温合金零部件微裂纹的方法
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
CN109338261A (zh) 一种大型激光熔化成形tc11钛合金结构件防变形热处理工艺
CN104695010A (zh) 一种快速制备大尺寸蓝宝石晶体改良泡生法
CN109234656A (zh) 一种提高亚稳β钛合金强度的预变形热处理工艺
CN111074185B (zh) 能有效降低激光增材制造钛合金各向异性的热处理方法
CN103014874A (zh) 一种蓝宝石晶体退火工艺
CN109321854A (zh) 一种提高选区激光熔化成形gh4169合金低温塑性的热处理工艺
CN111826594B (zh) 一种电弧增材制造高强钛合金的热处理方法和一种增强的高强钛合金
CN107350406B (zh) Tc19钛合金大规格棒材的自由锻造方法
CN113134630B (zh) 一种镍钛形状记忆合金构件及其制备方法
CN103966535A (zh) 一种高损伤容限型钛合金TC4-DT的一种β相区近等温锻造
CN101435063B (zh) 一种提高冷成型β钛合金时效后塑性的热处理工艺
CN115747689B (zh) Ti-1350超高强钛合金大规格棒材高塑性锻造方法
CN104480416A (zh) 一种tc18钛合金在螺旋压力机上的跨相区锻造工艺
CN104674339A (zh) 一种泡生法生长大尺寸蓝宝石过程中减少晶界的方法
CN109332693A (zh) 一种激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺
CN103556094A (zh) 利用精锻机锻造生产tc4钛合金棒材的方法
CN103305924A (zh) 铸锭过程中减少硅锭内部晶体的位错的方法
CN105039886A (zh) 一种具有均匀细小组织相Zr-2.5Nb合金棒材的制备方法
CN109879589A (zh) 一种提高玻璃力学性能的退火工艺
CN102082009B (zh) 一种青铜法Nb3Sn超导线材的制备工艺
CN104815935B (zh) 一种t型高温合金gh3617m锻造加热方法
CN110282864B (zh) 连续式玻璃增强方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190215