CN109648073A - 用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料，按照质量百分比，由以下组分组成：Al 3.1％～6.2％、Zr 1.0％～2.1％、Mo 0.4％～1.8％、V 0.6％～2.3％、Fe 0.2％、Sn 0.1％、C 0.1％、N 0.05％、H 0.01％、O 0.13％，不可避免的杂质0.30％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。本发明还公开了一种用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料的制备方法，本发明提供的用于近α钛合金金属粉末材料，解决了现有铝合金粉末无法完全满足零件强度要求的问题。
Description
技术领域
本发明属于金属粉末材料技术领域，涉及一种用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料，本发明还涉及该金属粉末材料的制备方法。
背景技术
近α型钛合金兼有α型和α+β型钛合金的许多优点，具有中等的室温和高温强度、良好的热稳定和焊接性能以及较低的工艺塑性。近α型钛合金作为飞机结构的主要用材，用来制造飞机隔框、壁板等工作温度较高、受力较复杂的重要结构零件，但其具有成形温度范围窄、局部容易过热、要求的成形载荷较大等缺点，也给其塑性成形带来了较大困难，同时增加了加工成本，延长了生产周期。这在很大程度上限制了其大规模的应用。
由于金属零件激光成形技术具有无模制造、研制周期短、加工速度快、制造成本低等突出技术特点，这为大型复杂钛合金结构件的低成本、短周期、近净成形制造提供了一条新的技术途径。
在实际应用中发现，近α型钛合金激光成形时易出现裂纹，进而导致零件整体性能下降，废品率极高，成本较高。随着复杂近α型钛合金结构件应用的增长，现有近α型钛合金粉末已无法满足需求，需进一步改进优化。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料，解决了现有近α钛合金金属粉末无法完全满足零件强度要求的问题。
本发明的另一个目的是提供一种用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料，按照质量百分比，由以下组分组成：Al 3.1％～6.2％、Zr 1.0％～2.1％、Mo 0.4％～1.8％、V 0.6％～2.3％、Fe0.2％、Sn 0.1％、C 0.1％、N 0.05％、H 0.01％、O 0.13％，不可避免的杂质0.30％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明所采用的另一个技术方案是，用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，材料准备；
具体为，近α钛合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Al 3.1％～6.2％、Zr 1.0％～2.1％、Mo 0.4％～1.8％、V 0.6％～2.3％、Fe0.2％、Sn 0.1％、C0.1％、N 0.05％、H 0.01％、O 0.13％，不可避免的杂质0.30％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理；
步骤3，将步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为10～150μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料。
本发明另一技术方案的特点还在于，
步骤2中，烘干处理过程是在100～130℃下保温2h。
步骤2中，烘干处理在氩气保护环境中进行。
步骤3所得到的近α钛合金金属粉末材料在真空中密封保存。
本发明的有益效果是，
本发明以保持近α钛合金中β稳定元素Mo、V含量不变，降低α相稳定元素Al、中性元素Zr/Sn在合金中的比例，以消除近α钛合金金属粉末在增材制造过程中的开裂倾向，消除制件中的裂纹缺陷，获得均匀致密，无冶金缺陷的近α钛合金制件。在现用的几种3D打印设备(EOS M280，BLT S300，BLT S400，BLT S500，BLT S600)中成形，其制件中均无裂纹存在，成形制件致密度达99.8％以上。
附图说明
图1是本发明实施例1中近α钛合金零件的金相图；
图2是本发明实施例2中近α钛合金零件的金相图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料，按照质量百分比，由以下组分组成：Al 3.1％～6.2％、Zr 1.0％～2.1％、Mo0.4％～1.8％、V 0.6％～2.3％、Fe0.2％、Sn 0.1％、C 0.1％、N 0.05％、H 0.01％、O 0.13％，不可避免的杂质0.30％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。
用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，材料准备；
具体为，近α钛合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Al 3.1％～6.2％、Zr 1.0％～2.1％、Mo 0.4％～1.8％、V 0.6％～2.3％、Fe0.2％、Sn 0.1％、C0.1％、N 0.05％、H 0.01％、O 0.13％，不可避免的杂质0.30％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理；
烘干处理过程是在100～130℃下保温2h，且烘干处理在氩气保护环境中进行；
步骤3，将步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为10～150μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料，将所得到的近α钛合金金属粉末材料在真空中密封保存。
实施例1
用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，材料准备；
具体为，近α钛合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Al 3.5％、Zr1.2％、Mo 0.9％、V 1.7％、Fe0.2％、Sn 0.1％、C 0.1％、N 0.05％、H 0.01％、O 0.13％，不可避免的杂质0.30％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理；
烘干处理过程是在100℃下保温2h，且烘干处理在氩气保护环境中进行；
步骤3，将步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为15～120μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料，将所得到的近α钛合金金属粉末材料在真空中密封保存。
在具体应用时，先将上述细小均匀的粉末装入设备的粉筒中，根据零件的三维模型，将模型按一定的厚度切片分层，即将零件的三维形状信息转换成一系列二维轮廓信息，随后在数控系统的控制下，用激光通过阵镜控制来熔化金属粉末，直接成形具有特定几何形状的零件。成形过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合，根据零件三维模型逐层打印，制成近α钛合金零件。
完成成形后，将制备好的近α钛合金零件进行金相组织观察及致密度检测。金相检测照片如图1所示；致密度检测结果为99.85％，得到了均匀致密的近α钛合金制件。
实施例2
用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，材料准备；
具体为，近α钛合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Al 4.1％、Zr1.7％、Mo 0.6％、V 2.1％、Fe0.2％、Sn 0.1％、C 0.1％、N 0.05％、H 0.01％、O 0.13％，不可避免的杂质0.30％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理；
烘干处理过程是在120℃下保温2h，且烘干处理在氩气保护环境中进行；
步骤3，将步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为15～120μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料，将所得到的近α钛合金金属粉末材料在真空中密封保存。
在具体应用时，先将上述细小均匀的粉末装入设备的粉筒中，根据零件的三维模型，将模型按一定的厚度切片分层，即将零件的三维形状信息转换成一系列二维轮廓信息，随后在数控系统的控制下，用激光通过阵镜控制来熔化金属粉末，直接成形具有特定几何形状的零件。成形过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合，根据零件三维模型逐层打印，制成近α钛合金零件。
近α钛合金零件成形后，将制备好的近α钛合金零件进行金相组织观察及致密度检测。金相检测照片如图2所示；致密度检测结果为99.9％，得到了均匀致密的近α钛合金制件。
实施例3
用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，材料准备；
具体为，近α钛合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Al 3.1％％、Zr 1.0％％、Mo 0.4％％、V 0.6％、Fe0.2％、Sn 0.1％、C 0.1％、N 0.05％、H 0.01％、O0.13％，不可避免的杂质0.30％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理；
烘干处理过程是在100℃下保温2h，且烘干处理在氩气保护环境中进行；
步骤3，将步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为50～150μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料，将所得到的近α钛合金金属粉末材料在真空中密封保存。
实施例4
用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，材料准备；
具体为，近α钛合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Al 4.5％、Zr1.5％、Mo 1.2％、V 0.8％、Fe0.2％、Sn 0.1％、C 0.1％、N 0.05％、H 0.01％、O 0.13％，不可避免的杂质0.30％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理；
烘干处理过程是在110℃下保温2h，且烘干处理在氩气保护环境中进行；
步骤3，将步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为80～100μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料，将所得到的近α钛合金金属粉末材料在真空中密封保存。
实施例5
用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，材料准备；
具体为，近α钛合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Al 6.2％、Zr2.1％、Mo 1.8％、V 2.3％、Fe0.2％、Sn 0.1％、C 0.1％、N 0.05％、H 0.01％、O 0.13％，不可避免的杂质0.30％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理；
烘干处理过程是在130℃下保温2h，且烘干处理在氩气保护环境中进行；
步骤3，将步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为50～150μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料，将所得到的近α钛合金金属粉末材料在真空中密封保存。
本发明以保持近α钛合金中β稳定元素Mo、V含量不变，降低α相稳定元素Al、中性元素Zr/Sn在合金中的比例，以消除近α钛合金金属粉末在增材制造过程中的开裂倾向，消除制件中的裂纹缺陷，获得均匀致密，无冶金缺陷的近α钛合金制件。在现用的几种3D打印设备(EOS M280，BLT S300，BLT S400，BLT S500，BLT S600)中成形，其制件中均无裂纹存在，成形制件致密度达99.8％以上。
Claims (5)
1.用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料，其特征在于，按照质量百分比，由以下组分组成：Al 3.1％～6.2％、Zr1.0％～2.1％、Mo 0.4％～1.8％、V 0.6％～2.3％、Fe0.2％、Sn 0.1％、C 0.1％、N 0.05％、H 0.01％、O 0.13％，不可避免的杂质0.30％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。
2.用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，材料准备；
具体为，近α钛合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Al 3.1％～6.2％、Zr1.0％～2.1％、Mo 0.4％～1.8％、V 0.6％～2.3％、Fe0.2％、Sn 0.1％、C 0.1％、N 0.05％、H 0.01％、O 0.13％，不可避免的杂质0.30％，余量为Ti，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理；
步骤3，将步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为10～150μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料。
3.根据权利要求2所述的用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，烘干处理过程是在100～130℃下保温2h。
4.根据权利要求2所述的用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，烘干处理在氩气保护环境中进行。
5.根据权利要求2所述的用于增材制造的近α钛合金金属粉末材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3所得到的近α钛合金金属粉末材料在真空中密封保存。
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| CN116623031A (zh) * | 2023-05-29 | 2023-08-22 | 重庆润际远东新材料科技股份有限公司 | 一种可缩短高熔点金属熔化时间的钒添加剂及其制备方法 |
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