CN115044802A - 一种适用于增材制造的钛合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于增材制造的钛合金，其成分按质量百分比为：Al：3.0~3.5%，Fe：2.0%~2.5%，Si：0.1~0.3%，V：2.5%~3.0%，O：0.07%~0.1%，C≤0.06%，Cr≤0.03%，Cu≤0.015%，Mn≤0.03%，余量为Ti。本发明通过精确控制得到适合于增材制造的钛合金，制成丝材或粉末后增材制造后获得的增材体室温抗拉强度为1081~1154 MPa，室温屈服强度为998~1051 MPa，断后伸长率为17.9~25.4%，该合金除增材制造的成型性较好外，还可在流动氩气下进行丝材增材制造，并且对粉末增材制造的保护气氛要求不高。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种适用于增材制造的钛合金。
背景技术
增材制造技术是一种“自下而上”的零件成型方法，主要基于离散累积的成型理念。与传统的机械加工的方法相比，减少了机械加工的部分，降低机械加工中材料废料的产生，大大提高了加工速度，降低了产品的投资风险。钛合金具有高的比强度、良好的耐蚀性、优异的生物相容性及优良的高温力学性能。因此，钛及钛合金广泛应用于航空航天工业、化学工业、医疗工程和体育用具等行业。目前，应用于增材制造领域的钛合金，其成分对增材过程中保护气氛极其敏感，需严格控制增材过程中的保护气氛，极大的降低增材制备试样生产率。
α+β钛合金广泛应用于增材制造，例如TC4钛合金，但是TC4钛合金在增材制造过程中对O极其敏感，增材环境稍有偏差，增材制造的TC4钛合金样件的氧含量就会增加，其室温延伸率就会低于10％，使增材构件安全性大幅度降低。特别是当TC4钛合金使用丝材电弧增材制造时，保护气氛往往为流动氩气，O在增材后均会增加，这导致增材TC4钛合金的力学性能大幅度降低，因此需发明一种适用于增材制造的α+β两相钛合金，在性能于TC4钛合金相当或更优的情况下，对O的敏感性大幅度降低。
发明内容
为了解决普通钛合金的增材问题，本发明旨在提供一种适用于增材制造的Ti-3Al-2Fe-3V钛合金及其制备方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.0～3.5％，Fe：2.0％～2.5％，Si：0.1～0.3％，V：2.5％～3.0％，O：0.07％～0.1％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
上述适用于增材制造的钛合金的制备方法，具体包括如下步骤：
将0.8～1.2mm的钛合金丝材使用TIG(钨极氩弧焊)增材制造的方法在流动气氛下制备钛合金块体，设置送丝速度为3～5m/min，焊接速度为20～40cm/min，焊接电流为95～105A，在基板上增材制造所述钛合金的块体试样，块体每一层焊道与下一层焊道垂直。
本发明还提供了了另一种增材制造的钛合金的制备方法，具体包括如下步骤：
将直径为15～53μm的钛合金粉末用于激光选区熔化制备块体，设置激光功率为350～400W，选择光斑直径为130μm的岛扫描，扫描速度为1400～1800mm/s，扫描间距为60～80μm，在基板上增材制造出所述钛合金的块体试样。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明改进了钛合金成分配比，可适用于增材制造，其增材制造的样品在平行于基板方向的室温抗拉强度为1098～1154MPa，室温屈服强度为1002～1051MPa，断后伸长率为17.9～24.6％，垂直于基板方向的拉强度为1081～1146MPa，屈服强度为998～1042MPa，断后伸长率为18.9～25.4％。总之，该成分钛合金增材制造出的样品成型性较好，且在流动氩气保护下依旧保持良好的强度和塑性。
具体实施方式
增材制造的样品相比于传统的钛合金成分对保护气氛要求较低，即使在O等杂质元素污染时，仍然保持着良好的强度及塑性。一般而言，在流动氩气的保护气氛下，钛合金中O含量会增加约800ppm～1500ppm，极大的降低钛合金力学性能，但在特定成分的Al-V-Fe-Si-O组合条件下，元素的协同作用使合金对O元素的敏感性大幅度下降。本发明通过调整钛合金成分，降低钛合金在增材过程中对保护气氛的要求，并仍然保持良好的强度和塑性。
本发明技术方案中以Ti-3Al-2Fe-3V钛合金体系作为基体，该体系综合性能比较优异。通过调控Ti-3Al-2Fe-3V钛合金中各元素的质量分数，使材料达到适合增材的同时增材出的样品强度更高塑性较好的效果。
本发明所述的适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.0～3.5％，Fe：2.0％～2.5％，Si：0.1～0.3％，V：2.5％～3.0％，O：0.07％～0.1％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
申请人通过大量实验研究发现，添加Al在3.0％～3.5％，Fe在2.0％～2.5％，Si在0.1％～0.3％，V在2.5％～3.0％，O在0.07％～0.1％时，此钛合金增材制造后的性能优于同条件增材制造的TC4钛合金，且在流动氩气下增材后仍保持良好的强度与塑性。其中，Al和V元素添加形成α+β型钛合金，提高钛合金强度，Fe和Si元素为优化钛合金性能，并且在协同作用下可以大幅度降低O对钛合金性能的影响。此外，该合金成本相比于TC4也有降低。
该双相钛合金中各元素的作用如下：
铝元素：钛合金中铝主要起固溶强化作用，每添加1％Al，室温抗拉强度在增加50MPa，铝还可以改善抗氧化性，降低合金密度，并显著提高钛合金再结晶温度，铝提高钛固溶体中原子结合力，从而改善热强性，铝含量超过最大固溶度7.5％，会形成第二相，降低合金塑性及韧性，并会产生应力腐蚀，故一般加铝量不超过7％，本申请该成分范围是3.0％～3.5％，含量太低，强度较低；含量太高，塑性下降。
钒元素：钒在钛合金中属于β相稳定元素，可固溶强化β相，并可以降低相变点，增加淬透性，提高热处理强化效果；含钒的钛合金不发生共析反应，在高温下组织稳定性好，单独加钒时，合金耐热性不高。本申请该成分范围是2.5％～3.0％，含量太低，强度较低；含量太高，塑性下降。
铁元素：铁在钛合金中属于β相稳定元素，是最强的β相稳定元素之一，其固溶强化β相作用；提高钛合金的塑性，但其热稳定性较差，易产生偏析，因此钛合金较少含铁。本申请显著提高了铁元素的含量，使其控制在2.0％～2.5％范围内，同时控制硅元素含量为0.1％～0.3％，在共同的协同作用下，可以大幅度降低O对钛合金性能的影响，铁元素含量太低，强度较低；含量太高，塑性下降。
硅元素：硅在钛合金中会提高合金的耐热性，但一般不超过最大固溶度0.25％。这是由于硅和钛原子尺寸差别较大，在固溶体中容易在位错处偏聚，阻止位错运动，从而提高耐热性。本申请该成分范围是0.1％～0.3％，含量太低，强度较低；含量太高，塑性下降。
氧元素作用：提高钛合金强度，大幅降低合金塑性，是钛合金中需要控制的杂质元素。本申请该成分范围控制在0.07％～0.1％。含量太低，强度较低；含量太高，塑性下降。
需要特别指出的是，前述元素的作用是指该元素的单一加入时的作用，几种元素同时加入的交互作用是材料科学尚待研究的问题，只能通过实验研究确定元素的协同作用。申请人大量实验研究表明所发明的钛合金中，合金的特性不是各元素的简单叠加，而是存在协同效应，当成分在“Al：3.0％～3.5％，Fe：2.0％～2.5％，Si：0.1％～0.3％，V：2.5％～3.0％，O：0.07％～0.1％，Ti余量”范围内时，合金增材后力学性能优异，往往优于TC4钛合金，且对氧的增加不敏感，可以在流动氩气下增材而塑性不下降。
上述适用于丝材增材制造的钛合金的制备方法，具体包括如下步骤：
将0.8～1.2mm的钛合金丝材使用TIG(钨极氩弧焊)增材制造的方法在流动气氛下制备钛合金块体，设置送丝速度为3～5m/min，焊接速度为20～40cm/min，焊接电流为95～105A，在基板上增材制造所述钛合金的块体试样，块体每一层焊道与下一层焊道垂直。
本发明还提供了了另一种适用于粉末增材制造的钛合金的制备方法，具体包括如下步骤：
本发明还提供了了另一种增材制造的钛合金的制备方法，具体包括如下步骤：
将直径为15～53μm的钛合金粉末用于激光选区熔化制备块体，设置激光功率为350～400W，选择光斑直径为130μm的岛扫描，扫描速度为1400～1800mm/s，扫描间距为60～80μm，在基板上增材制造出所述钛合金的块体试样。
实施例1：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.27％，Fe：2.26％，V：2.76％，Si：0.19％，O：0.08％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成直径为0.8mm的丝材，使用TIG增材技术对获得的丝材进行增材制造，设置送丝速度为3.5m/s、焊接电流为100A、焊接速度为25cm/min，增材前预抽真空后充入氩气，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均为网篮状组织，垂直于基板方向的显微组织为柱状晶，平行于基板方向的显微组织为等轴轴晶。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的拉强度为1112MPa，屈服强度为1027MPa，断后伸长率为20.6％；垂直于基板方向的拉强度为1105MPa，屈服强度为1013MPa，断后伸长率为21.3％。
实施例2：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.27％，Fe：2.26％，Si：0.19％，V：2.75％，O：0.07％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成直径为0.8mm的丝材，使用TIG增材技术对获得的丝材进行增材制造，设置送丝速度为4.0m/s、焊接电流为95A、焊接速度为25cm/min，保护气氛为流动氩气(20L/min)，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均为网篮状组织，垂直于基板方向的试样显微组织为柱状晶，平行于基板方向的试样显微组织为等轴晶。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1134MPa，屈服强度为1028MPa，断后伸长率为19.9％；垂直于基板方向的抗拉强度为1121MPa，屈服强度为1016MPa，断后伸长率为20.7％。
实施例3：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.01％，Fe：2.25％，Si：0.21％，V：2.74％，O：0.08％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成直径为1.0mm的丝材，使用TIG增材技术对获得的丝材进行增材制造，设置送丝速度为5.0m/s、焊接电流为95A、焊接速度为40cm/min，保护气氛为流动氩气(20L/min)，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均为网篮状组织，垂直于基板方向的试样显微组织为柱状晶，平行于基板方向的试样显微组织为等轴晶。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1106MPa，屈服强度为1012MPa，断后伸长率为21.2；垂直于基板方向的抗拉强度为1101MPa，屈服强度为1010MPa，断后伸长率为21.6％。
实施例4：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.48％，Fe：2.26％，Si：0.21％，V：2.76％，O：0.09％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成直径为1.0mm的丝材，使用TIG增材技术对获得的丝材进行增材制造，设置送丝速度为3.5m/s、焊接电流为100A、焊接速度为50cm/min，保护气氛为流动氩气(20L/min)，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均为网篮状组织，垂直于基板方向的试样显微组织为柱状晶，平行于基板方向的试样显微组织为等轴晶。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1154MPa，屈服强度为1051MPa，断后伸长率为17.9％；垂直于基板方向的抗拉强度为1146MPa，屈服强度为1042MPa，断后伸长率为18.9％。
实施例5：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.26％，Fe：2.01％，Si：0.18％，V：2.73％，O：0.08％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成直径为1.0mm的丝材，使用TIG增材技术对获得的丝材进行增材制造，设置送丝速度为4.5m/s、焊接电流为105A、焊接速度为35cm/min，保护气氛为流动氩气(20L/min)，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均为网篮状组织，垂直于基板方向的试样显微组织为柱状晶，平行于基板方向的试样显微组织为等轴晶。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1143MPa，屈服强度为1034MPa，断后伸长率为18.6％；垂直于基板方向的抗拉强度为1135MPa，屈服强度为1027MPa，断后伸长率为19.4％。
实施例6：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.26％，Fe：2.49％，Si：0.18％，V：2.74％，O：0.09％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成直径为1.2mm的丝材，使用TIG增材技术对获得的丝材进行增材制造，设置送丝速度为3.0m/s、焊接电流为105A、焊接速度为25cm/min，保护气氛为流动氩气(20L/min)，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均为网篮状组织，垂直于基板方向的试样显微组织为柱状晶，平行于基板方向的试样显微组织为等轴晶。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1102MPa，屈服强度为1015MPa，断后伸长率为21.3％；垂直于基板方向的抗拉强度为1094MPa，屈服强度为1006MPa，断后伸长率为23.6％。
实施例7：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.24％，Fe：2.27％，Si：0.16％，V：2.52％，O：0.08％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成直径为1.0mm的丝材，使用TIG增材技术对获得的丝材进行增材制造，设置送丝速度为4.0m/s、焊接电流为100A、熔覆速度为30cm/min，保护气氛为流动氩气(20L/min)，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均为网篮状组织，垂直于基板方向的试样显微组织为柱状晶，平行于基板方向的试样显微组织为等轴晶。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1139MPa，屈服强度为1045MPa，断后伸长率为19.1％；垂直于基板方向的抗拉强度为1131MPa，屈服强度为1032MPa，断后伸长率为20.2％。
实施例8：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.24％，Fe：2.27％，Si：0.16％，V：2.98％，O：0.08％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成直径为1.2mm的丝材，使用TIG增材技术对获得的丝材进行增材制造，设置送丝速度为4.5m/s、焊接电流为95A、焊接速度为40cm/min，保护气氛为流动氩气(20L/min)，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均为网篮状组织，垂直于基板方向的试样显微组织为柱状晶，平行于基板方向的试样显微组织为等轴晶。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1112MPa，屈服强度为1023MPa，断后伸长率为20.7％；垂直于基板方向的抗拉强度为1106MPa，屈服强度为1016MPa，断后伸长率为21.5％。
实施例9：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.27％，Fe：2.26％，Si：0.19％，V：2.76％，O：0.08％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成15～53μm的钛合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钛合金块体，设置激光功率为350W，选择光斑直径为130μm的岛扫描，扫描速度为1400mm/s，扫描间距为60μm，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均细小的层状结构，内部孔隙少，致密度较高。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1127MPa，屈服强度为1021MPa，断后伸长率为20.1％；垂直于基板方向的抗拉强度为1112MPa，屈服强度为1008MPa，断后伸长率为20.1％。
实施例10：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.01％，Fe：2.25％，Si：0.21％，V：2.74％，O∶0.08％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成15～53μm的钛合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钛合金块体，设置激光功率为400W，选择光斑直径为130μm的岛扫描，扫描速度为1600mm/s，扫描间距为70μm，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均细小的层状结构，内部孔隙少，致密度较高。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1098MPa，屈服强度为1009MPa，断后伸长率为22.3％；垂直于基板方向的抗拉强度为1086MPa，屈服强度为1001MPa，断后伸长率为23.1％。
实施例11：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.48％，Fe：2.26％，Si：0.21％，V：2.76％，O：0.09％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成15～53μm的钛合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钛合金块体，设置激光功率为350W，选择光斑直径为130μm的岛扫描，扫描速度为1800mm/s，扫描间距为80μm，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均细小的层状结构，内部孔隙少，致密度较高。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1148MPa，屈服强度为1048MPa，断后伸长率为18.6％；垂直于基板方向的抗拉强度为1139MPa，屈服强度为1037MPa，断后伸长率为19.6％。
实施例12：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.26％，Fe：2.01％，Si：0.18％，V：2.73％，O：0.08％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成15～53μm的钛合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钛合金块体，设置激光功率为400W，选择光斑直径为130μm的岛扫描，扫描速度为1600mm/s，扫描间距为70μm，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均细小的层状结构，内部孔隙少，致密度较高。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1137MPa，屈服强度为1025MPa，断后伸长率为21.3％；垂直于基板方向的抗拉强度为1129MPa，屈服强度为1019MPa，断后伸长率为22.9％。
实施例13：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.26％，Fe：2.49％，Si：0.18％，V：2.74％，O：0.09％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成15～53μm的钛合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钛合金块体，设置激光功率为300W，选择光斑直径为130μm的岛扫描，扫描速度为1700mm/s，扫描间距为80μm，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均细小的层状结构，内部孔隙少，致密度较高。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1094MPa，屈服强度为1002MPa，断后伸长率为24.6％；垂直于基板方向的抗拉强度为1081MPa，屈服强度为998MPa，断后伸长率为25.4％。
实施例14：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.24％，Fe：2.27％，Si：0.21％，V：2.52％，O：0.08％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成15～53μm的钛合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钛合金块体，设置激光功率为350W，选择光斑直径为130μm的岛扫描，扫描速度为1800mm/s，扫描间距为60μm，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均细小的层状结构，内部孔隙少，致密度较高。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1132MPa，屈服强度为1031MPa，断后伸长率为20.6％；垂直于基板方向的抗拉强度为1116MPa，屈服强度为1021MPa，断后伸长率为22.5％。
实施例15：
一种适用于增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.24％，Fe：2.27％，Si：0.16％，V：2.98％，O：0.08％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成15～53μm的钛合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钛合金块体，设置激光功率为400W，选择光斑直径为130μm的岛扫描，扫描速度为1400mm/s，扫描间距为70μm，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均细小的层状结构，内部孔隙少，致密度较高。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1101MPa，屈服强度为1011MPa，断后伸长率为22.3％；垂直于基板方向的抗拉强度为1086MPa，屈服强度为1002MPa，断后伸长率为24.6％。
对比例1：
一种增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.27％，Fe：0.05％，Si：0.19％，V：2.75％，O：0.07％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成直径为0.8mm的丝材，使用TIG增材技术对获得的丝材进行增材制造，设置送丝速度为4.0m/s、焊接电流为95A、焊接速度为25cm/min，保护气氛为流动氩气(20L/min)，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均为网篮状组织，垂直于基板方向的试样显微组织为柱状晶，平行于基板方向的试样显微组织为等轴晶。
按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1234MPa，屈服强度为1099MPa，断后伸长率为7.9％；垂直于基板方向的抗拉强度为1212MPa，屈服强度为1078MPa，断后伸长率为10.3％。
对比例2：
一种增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.26％，Fe：0.63％，Si：0.18％，V：2.76％，O：0.08％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成直径为0.8mm的丝材，使用TIG增材技术对获得的丝材进行增材制造，设置送丝速度为4.0m/s、焊接电流为95A、焊接速度为25cm/min，保护气氛为流动氩气(20L/min)，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均为网篮状组织，垂直于基板方向的试样显微组织为柱状晶，平行于基板方向的试样显微组织为等轴晶。按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1195MPa，屈服强度为1068MPa，断后伸长率为9.8％；垂直于基板方向的抗拉强度为1186MPa，屈服强度为1058MPa，断后伸长率为12.4％。
对比例3：
一种增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.26％，Fe：1.52％，Si：0.18％，V：2.74％，O：0.08％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成直径为0.8mm的丝材，使用TIG增材技术对获得的丝材进行增材制造，设置送丝速度为4.0m/s、焊接电流为95A、焊接速度为25cm/min，保护气氛为流动氩气(20L/min)，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均为网篮状组织，垂直于基板方向的试样显微组织为柱状晶，平行于基板方向的试样显微组织为等轴晶。按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1165MPa，屈服强度为1045MPa，断后伸长率为13.6％；垂直于基板方向的抗拉强度为1154MPa，屈服强度为1049MPa，断后伸长率为15.3％。
对比例4：
一种增材制造的钛合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.24％，Fe：3.24％，Si：0.19％，V：2.78％，O：0.07％，C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
将该钛合金成分制成直径为0.8mm的丝材，使用TIG增材技术对获得的丝材进行增材制造，设置送丝速度为4.0m/s、焊接电流为95A、焊接速度为25cm/min，保护气氛为流动氩气(20L/min)，增材得尺寸为10×10×10cm的块体试样。每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类试样。
制作金相试样观察试样微观组织，发现增材体的组织均为网篮状组织，垂直于基板方向的试样显微组织为柱状晶，平行于基板方向的试样显微组织为等轴晶。按照拉伸实验国家标准，将增材体制成符合国家标准的拉伸试样并进行拉伸实验，得到平行于基板方向的抗拉强度为1173MPa，屈服强度为1056MPa，断后伸长率为13.5％；垂直于基板方向的抗拉强度为1160MPa，屈服强度为1053MPa，断后伸长率为14.3％。
表1和表2分别给出了各实施例和对比例的合金成分和性能测试结果。
表1具体实施例成分表(wt.％)
除表1给出的成分外，其余元素按质量百分比为C≤0.06％，Cr≤0.03％，Cu≤0.015％，Mn≤0.03％，余量为Ti。
表2各项性能实际测量值
注：横向σb、σ0.2、δ为平行于基板方向的抗拉强度、屈服强度及断后伸长率，纵向σb、σ0.2、δ为垂直于基板方向的抗拉强度，屈服强度及断后伸长率，强度单位为MPa。
本发明制备的钛合金并不限于以上几种增材制造技术，实施例并不构成对本发明保护范围的限制，根据本发明技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (5)
1.一种适用于增材制造的钛合金，其特征在于，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.0~3.5%，Fe：2.0%~2.5%，Si：0.1~0.3%，V：2.5%~3.0%，O：0.07%~0.1%，C≤0.06 %，Cr≤0.03%，Cu≤0.015%，Mn≤0.03%，余量为Ti。
2.一种适用于增材制造的钛合金的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
将如权利要求1所述的钛合金的丝材使用TIG增材制造的方法在流动气氛下制备钛合金块体，设置送丝速度为3~5 m/min，焊接速度为20~40 cm/min，焊接电流为95~105 A，在基板上增材制造所述钛合金的块体试样，块体每一层焊道与下一层焊道垂直。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，丝材的直径为0.8~1.2 mm。
4.一种增材制造的钛合金的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
将如权利要求1所述的钛合金的粉末用激光选区熔化制备块体，设置激光功率为350~400 W，选择光斑直径为130 μm的岛扫描，扫描速度为1400~1800 mm/s，扫描间距为60~80 μm，在基板上增材制造出所述钛合金的块体试样。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，粉末的直径为15~53 μm。
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