CN111455296A - 激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的固溶处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的是材料科学技术领域的一种激光熔丝沉积Ti‑6Al‑4V钛合金块的固溶处理工艺,包括以下步骤:首先对激光熔丝沉积Ti‑6Al‑4V钛合金块进行加热处理,加热温度为910℃~1020℃,然后进行保温,保温时间不小于1h,最后将保温完成后的激光沉积钛合金块迅速转移到水中进行快冷处理。通过对激光熔丝沉积Ti‑6Al‑4V钛合金块进行特定温度的加热、保温及快冷处理,可以得到均匀短棒状的马氏体组织,使得沉积钛合金块的内部组织得到改善,整个工艺过程简单,耗时短,为后续时效处理奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及材料科学技术领域,具体涉及一种激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的固溶处理工艺。
背景技术
激光熔丝沉积制造技术具有广阔的应用前景,为制备复杂结构的大型钛合金构件提供了一条新的制造方法。由于钛合金的显微组织影响了其力学性能,因此需要通过改变组织从而控制试样的力学性能使其达到要求。
激光熔丝沉积制造Ti-6Al-4V钛合金试样内部产生焊接内应力及存在组织不均匀,通常由粗大的柱状β晶及复杂的晶内亚显微结构组成,包括板条结构、网篮结构及针状的马氏体结构。激光沉积制造Ti-6Al-4V钛合金试样内应力较大存在各向异性、塑性较低影响了激光沉积钛合金制品的使用,激光熔丝沉积制造Ti-6Al-4V钛合金固溶处理工艺通过改善内部组织进而影响试样力学性能,是研究钛合金性能的一个重要组成部分。目前国内对于激光沉积钛合金的固溶工艺研究过少,不能为选择最佳热处理方案提供参考。
发明内容
为克服现有激光沉积钛合金力学性能差等不足,本发明所要解决的技术问题是:提供一种能够有效改善激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的显微组织结构的固溶处理工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的固溶处理工艺,首先对激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块进行加热处理,加热温度为910℃~1020℃,然后进行保温,保温时间不小于1h,最后将保温完成后的激光沉积钛合金块迅速转移到水中进行快冷处理。
进一步的是,在对激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块进行加热处理时采用马弗炉进行加热处理。
进一步的是,对加热后的激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块进行保温的时间为1h。
进一步的是,将激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块转移到水中的时间控制在2s以内。
进一步的是,用于快冷处理的水的温度为20℃。
进一步的是,所述加热温度为910℃。
进一步的是,所述加热温度为950℃。
进一步的是,所述加热温度为990℃。
进一步的是,所述加热温度为1020℃。
本发明的有益效果是:通过对激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块进行特定温度的加热、保温及快冷处理,可以得到均匀短棒状的马氏体组织,使得沉积钛合金块的内部组织得到改善,整个工艺过程简单,耗时短,为后续时效处理奠定了基础。
附图说明
图1为激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块沉积态的金相组织;
图2为激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块经910℃/1h固溶处理后金相组织;
图3为激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块经950℃/1h固溶处理后金相组织;
图4为激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块经990℃/1h固溶处理后金相组织;
图5为激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块经1020℃/1h固溶处理后金相组织。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
Ti-6Al-4V钛合金的主要元素含量如表1所示:
表1 Ti-6Al-4V主要元素含量(g/L)
如图1所示,激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块处于沉积态时,其金相组织主要由粗大的柱状β晶及复杂的晶内亚显微结构组成,包括板条结构、网篮结构及针状的马氏体结构。其组织结构使得内应力较大,且存在各向异性、塑性较低等缺点,影响了激光沉积钛合金制品的使用。
为改善Ti-6Al-4V钛合金的金相组织结构,本申请采用如下固溶处理工艺对激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块进行处理。首先对激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块进行加热处理,加热温度为910℃~1020℃,然后进行保温,保温时间不小于1h,最后将保温完成后的激光沉积钛合金块迅速转移到水中进行快冷处理。
在此过程中,为了方便控制加热温度和加热效果,最好采用马弗炉进行加热处理。对于保温时间,可根据钛合金块的形态和用量进行选择,一般保温1h足够金相组织改变。将固溶温度控制在910℃~1020℃,可保证试样在α+β相区或β相区,其次要保证冷却过程中转移时间控制在2s以内,避免发生冷却过程中β向α转变。最后在进行快冷处理时,最好采用温度为20℃的水,保证良好的淬冷效果。
在整个固溶处理过程中,加热及保温温度是影响激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金组织改变的关键因素,本申请为了研究激光熔丝沉积制造Ti-6Al-4V钛合金在α+β两相区及β单相区的固溶参数对显微组织与硬度的影响,做了以下四个对比实施例:
实施例一
将激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块放在马弗炉进行加热处理,加热温度为910℃,保温时间为1h,将保温完成后的激光沉积钛合金块迅速放入20℃的水中进行快冷处理。如图2所示,冷却后的组织为马氏体α’+原始β晶界,相对于原始沉积态,马氏体长宽比减小,原始β晶界减少。
实施例二
将激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块放在马弗炉进行加热处理,加热温度为950℃,保温时间为1h,将保温完成后的激光沉积钛合金块迅速放入20℃的水中进行快冷处理。如图3所示,随着温度升高原始β晶界逐渐减少,冷却后马氏体增多,马氏体长宽比继续减小。
实施例三
将激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块放在马弗炉进行加热处理,加热温度为990℃,保温时间为1h,将保温完成后的激光沉积钛合金块迅速放入20℃的水中进行快冷处理。如图4所示,当固溶温度升高到990℃时,马氏体长宽比减少,形成均匀的网篮组织。
实施例四
将激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块放在马弗炉进行加热处理,加热温度为1020℃,保温时间为1h,将保温完成后的激光沉积钛合金块迅速放入20℃的水中进行快冷处理。如图4所示,当固溶温度升高到1020℃时,β原始晶界消失,冷却生成大量针状马氏体。
分别检测上述四个实施例及原始沉积态中激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的硬度进行检测,得到如下表所示的结果。
表2为不同固溶温度下的洛氏硬度
温度(℃) | HRC |
沉积态 | 23 |
910 | 25.6 |
950 | 28.4 |
990 | 30.3 |
1020 | 35.1 |
由上表可知,在其它因素不变的情况下,随着固溶温度的升高,激光沉积钛合金试样的硬度增加,在该加热范围内,沉积钛合金块的内部组织得到改善。为后续使用过程中的时效处理奠定了基础。
Claims (9)
1.激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的固溶处理工艺,其特征是:首先对激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块进行加热处理,加热温度为910℃~1020℃,然后进行保温,保温时间不小于1h,最后将保温完成后的激光沉积钛合金块迅速转移到水中进行快冷处理。
2.如权利要求1所述的激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的固溶处理工艺,其特征是:在对激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块进行加热处理时采用马弗炉进行加热处理。
3.如权利要求1所述的激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的固溶处理工艺,其特征是:对加热后的激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块进行保温的时间为1h。
4.如权利要求1所述的激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的固溶处理工艺,其特征是:将激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块转移到水中的时间控制在2s以内。
5.如权利要求1所述的激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的固溶处理工艺,其特征是:用于快冷处理的水的温度为20℃。
6.如权利要求1-4任意一项权利要求所述的激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的固溶处理工艺,其特征是:所述加热温度为910℃。
7.如权利要求1-4任意一项权利要求所述的激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的固溶处理工艺,其特征是:所述加热温度为950℃。
8.如权利要求1-4任意一项权利要求所述的激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的固溶处理工艺,其特征是:所述加热温度为990℃。
9.如权利要求1-4任意一项权利要求所述的激光熔丝沉积Ti-6Al-4V钛合金块的固溶处理工艺,其特征是:所述加热温度为1020℃。
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