CN113355666B - 一种激光熔覆增材制造tc18钛合金组织细化和等轴化方法 - Google Patents
一种激光熔覆增材制造tc18钛合金组织细化和等轴化方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种激光熔覆增材制造TC18钛合金组织细化和等轴化方法，步骤为：1.将激光覆熔增材制造TC18钛合金放置在热处理炉中；2.初始加热速度以4℃/min～6℃/min升温至840℃～870℃；3.随后以1℃/min～2℃/min的冷却速度降温至740℃～770℃；4.随后又以2℃/min～4℃/min的加热速度升温至840℃～870℃；5.步骤3和步骤4作为一次循环，共循环处理3～12次；6.随后出炉空冷，本发明适用于激光熔覆增材制造TC18钛合金热处理，以获得细化和等轴化的显微组织。
Description
技术领域
本发明涉及金属增材制造组织控制技术领域，尤其涉及一种激光熔覆增材制造TC18钛合金组织细化和等轴化方法。
背景技术
钛合金是增材制造技术广泛研究的金属材料之一，具有比强度高、耐蚀、耐低温、无磁、生物相容性好等优异的综合性能，已在航空航天、交通运输、生物医疗等领域获得了广泛的运用。然而，钛合金的微观组织由于在激光熔覆增材制造过程中快速凝固而显示出柱状晶粒，这种技术微观结构通常出现在激光熔覆增材制造加工的零件中，且往往在激光熔覆沉积的过程中易形成垂直于激光扫描方向，贯穿整个熔覆沉积层的粗大柱状晶，有研究表明，相比于等轴组织，柱状晶粒形态会导致了钛合金构件各向异性突出，塑性、疲劳强度和断裂韧性较差，严重制约了其在航空航天领域的实际推广应用。
目前，为解决钛合金在激光熔覆增材制造过程中生成粗大柱状晶的问题，细化激光熔覆钛合金晶粒的方法主要分为化学处理(添加稀土元素)和物理处理(脉冲频率、超声振动等)。如中国明航大学杨广峰和杨凡等分别向钛合金粉末中添加稀土氧化物Gd2O3和CeO2，细化了晶粒尺寸，减小了各向异性。但引入量过少强化效果不明显，过多则会粗化晶粒，使其偏析、富集在晶界处，恶化材料性能。西安交通大学的张安峰等人在激光熔覆沉积Ti6Al4V过程中加入超声振动，发现沉积时超声振动可减少成性件的表面粗糙度和残余应力，使β柱状晶得以细化，成形件强度和延伸率略有升高。但是随着沉积层的增加和构件尺寸的增大，超声能场对构件顶端熔池中合金凝固的作用效果越来越小，所以这种技术难以应用于大尺寸钛合金构件的增材制造。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种激光熔覆增材制造TC18钛合金组织细化和等轴化方法。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种激光熔覆增材制造TC18钛合金组织细化和等轴化方法，通过对激光熔覆增材制造TC18钛合金零件进行循环热处理，使粗大的柱状晶转变为等轴晶并析出细小次生晶粒，具体包括以下步骤：
步骤1：将激光熔覆增材制造TC18钛合金放在热处理炉中随炉加热，设定加热速度为4℃/min～6℃/min，以该加热速度升温至840℃～870℃；
步骤2：步骤1后以1℃/min～2℃/min的冷却速度降温至740℃～770℃；
步骤3：步骤2后以2℃/min～4℃/min的加热速度升温至840℃～870℃；
步骤4：将步骤2、3重复3～12次，出炉空冷。
优选的，所述步骤1至步骤3中，热处理温度均在β转变温度下。
优选的，所述步骤1至步骤3中，升温过程加热速度快，降温过程冷却速度慢。
本发明有益效果：
1.本发明方法通过循环热处理可将粗大的柱状晶细化并向等轴晶转变。
2.本发明方法通过改变热处理的循环次数，可调控晶粒细化和等轴化程度，从而可调控激光熔覆增材制造TC18钛合金的各向异性程度。
3.本发明使用热处理炉循环热处理，工艺简单，无污染对环境友好。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明中激光熔覆增材制造TC18钛合金的金相组织图。
图2是本发明优选实施例1处理的激光熔覆增材制造TC18钛合金的金相组织图。
图3是本发明优选实施例2处理的激光熔覆增材制造TC18钛合金的金相组织图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
参照图1-图3，本发明的优选实施例，一种激光熔覆增材制造TC18钛合金组织细化和等轴化方法，通过对激光熔覆增材制造TC18钛合金零件进行循环热处理，使粗大的柱状晶转变为等轴晶并析出细小次生晶粒，具体包括以下步骤：
步骤1：将激光熔覆增材制造TC18钛合金放在热处理炉中随炉加热，设定加热速度为4℃/min～6℃/min，以该加热速度升温至840℃～870℃；
步骤2：步骤1后以1℃/min～2℃/min的冷却速度降温至740℃～770℃；
步骤3：步骤2后以2℃/min～4℃/min的加热速度升温至840℃～870℃；
步骤4：将步骤2、3重复3～12次，出炉空冷。
本发明优选实施例a：
步骤1：将激光熔覆增材制造TC18钛合金放在热处理炉中随炉加热，设定加热速度5℃/min，以该加热速度升温至865℃；
步骤2：步骤1后1℃/min的冷却速度降温至765℃；
步骤3：步骤2后以2.5℃/min的加热速度升温至865℃；
步骤4：将步骤2、3重复循环5次，出炉空冷。
参照图1，未经热处理的TC18钛合金金相组织呈现粗大柱状晶，明暗相间的条纹明显；参照图2，经实施例a处理的TC18钛合金组织呈现等轴晶态，等轴晶平均晶粒尺寸小于200μm，晶粒长宽比为2左右的晶粒较多。
本发明优选实施例b：
步骤1：将激光熔覆增材制造TC18钛合金放在热处理炉中随炉加热，设定加热速度5℃/min，以该加热速度升温至860℃；
步骤2：步骤1后1.5℃/min的冷却速度降温至745℃；
步骤3：步骤2后以3.0℃/min的加热速度升温至860℃；
步骤4：将步骤2、3重复循环9次，出炉空冷。
参照图3，实施例b得到的等轴晶相对于实施例a平均尺寸减小至50μm以下，晶粒长宽比进一步减小，表明随着热处理循环次数的增加、冷却速率和加速速率的提高会等轴晶尺寸减小，晶粒更加均匀。
本发明方法通过循环热处理可将粗大的柱状晶细化并向等轴晶转变，通过改变热处理的循环次数，可调控晶粒细化和等轴化程度，从而可调控激光熔覆增材制造TC18钛合金的各向异性程度并且本发明使用热处理炉循环热处理，工艺简单，无污染对环境友好。
作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：
本实施例中，所述步骤1至步骤3中，热处理温度均在β转变温度下。
本实施例中，所述步骤1至步骤3中，升温过程加热速度快，降温过程冷却速度慢，使得钛合金具有更好的强度和韧性。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种激光熔覆增材制造TC18钛合金组织细化和等轴化方法，其特征在于：通过对激光熔覆增材制造TC18钛合金零件进行循环热处理，使粗大的柱状晶转变为等轴晶并析出细小次生晶粒，具体包括以下步骤：
步骤1：将激光熔覆增材制造TC18钛合金放在热处理炉中随炉加热，设定加热速度为4℃/min～6℃/min，以该加热速度升温至840℃～870℃；
步骤2：步骤1后以1℃/min～2℃/min的冷却速度降温至740℃～770℃；
步骤3：步骤2后以2℃/min～4℃/min的加热速度升温至840℃～870℃；
步骤4：将步骤2、3重复3～12次，出炉空冷；
所述步骤1至步骤3中，热处理温度均在β转变温度下；
所述步骤1至步骤3中，升温过程加热速度快，降温过程冷却速度慢；
所述步骤4中，通过改变热处理的循环次数，可调控晶粒细化和等轴化程度；随着热处理循环次数的增加、冷却速率和加速速率的提高会等轴晶尺寸减小，晶粒更加均匀。
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