CN115074651A - 一种高强工业α+β型钛合金复合结构材料的制备工艺 - Google Patents

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卢文琪
刘小春
张家璇
吴翔
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Abstract

本发明公开了一种高强工业α+β型钛合金复合结构材料的制备工艺，通过对热处理态的α+β型钛合金(Ti6Al4V)利用自搭建的大功率脉冲激光熔覆装置在快速激光扫描参数下骤冷，即可实现组织的转变，使原α+β单层等轴组织转变为板条状组织和等轴组织的双层组织，有利于提高钛合金的强度和硬度。本发明的热处理工艺参数包含有：激光扫描功率，激光扫描速度，基板温度和保温时间参数4项。本方法简单，受环境干扰因素小，可将工艺参数与所获得的组织形貌和性能进行线性连接，从而更有利于找出工艺参数、晶粒尺寸和力学性能之间的直接关系。

Description

一种高强工业α+β型钛合金复合结构材料的制备工艺
技术领域
本发明属于选区激光熔覆成形领域，特别是涉及选区激光熔覆成形钛合金中获得低模量高塑性组织的处理方法。
背景技术
钛及钛合金因其具有优异的力学性能、生物相容性、耐腐蚀性能和较低的弹性模量，被广泛应用于航空航天、造船、汽车和生物医疗等领域。目前人体中使用的工业钛合金材料Ti6Al4V合金强度仅900MPa，其抗拉强度和耐磨损性能表现欠佳。不含有害元素低模量的α+β钛合金兼具兼有α及β两类钛合金的优点，被认为是新型的工业钛合金，有着广阔的应用前景，新工艺优化后的α+β钛合金有超高的强度塑性匹配值，使其在航空航天等工业领域有广阔的应用前景。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种可获得超高强度耐磨损性能优异的α+β钛合金处理方法，采用大功率脉冲激光熔覆处理的方式对α+β钛合金的组织进行调整。
本发明所采用的技术方案是，一种高强工业α+β型钛合金复合结构材料的制备工艺，通过对制备的的α+β钛合金在大功率脉冲激光熔覆装置下进行处理，即可实现α+β单层等轴组织材料转变为α+β双层复合材料。
本发明所保护的技术方案为：一种高强工业α+β型钛合金复合结构材料的制备工艺，按照以下步骤进行：
步骤1)制备好含有α+β等轴晶的钛合金样品。
步骤2)对制备好的样品进行表面预处理。
步骤3)将步骤2)制备的样品利用激光熔覆装置进行处理可得到性能更好的样品。
与现有技术相比，本发明有以下几个优点：
1)本发明的优势在于仅需要热处理和激光处理就可以将α+β钛合金α+β单层等轴组织转变为α+β双层等轴组织复合结构材料，该处理工艺简单，影响因素小。
2)本发明的优势在于处理后获得的样品，具有与原始样品相比更好的强度和硬度，且塑性良好，形变量仍可达15％，改善了α+β钛合金在工程应用领域强度和耐磨损性能有限的现象。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明方法流程图。
图2为激光处理前的组织分布。
图3为α+β钛合金热处理后和热处理激光处理后的力学性能。
图4为激光处理后的EBSD表征图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种高强工业α+β型钛合金复合结构材料的制备工艺，通过对制备的α+β钛合金在适当温度、保温时间和激光熔覆条件下进行处理，可有效的将钛合金的单层α+β等轴组织转变为双层等轴组织。
本发明有两类主要用途：第一是通过热处理调整α+β钛合金的相组织结构，降低合金的弹性模量；第二是通过激光熔覆处理析出双相使α+β钛合金具备优异的塑性。
本发明的原理在于：通过控制激光熔覆处理的功率、扫描速度，达到组织的转变，从而控制材料性能的目的。本发明的热处理工艺简单，影响因素小。
实施案例
实施例1
单层α+β等轴组织激光处理后转变为双层α+β复合结构材料：材料使用常用的的α+β钛合金块材。
步骤1：将待处理的α+β钛合金块材进行简单的表面抛光和清洁。
步骤2：将制备的块体α+β钛合金放入3D激光打印机，对样品进行激光熔覆处理，处理参数为：扫描速率为2000mm/min,功率为200W。激光处理后α+β合金组织通过扫描电镜拍摄如图3所示，可以看出经处理后的α+β等轴组织转变为双层组织。
步骤3：对激光处理前后的样品进行力学性能检查，热处理后α+β钛合金力学性能如图3所示，可以看出经处理后材料的强度增加超过20％，且塑性良好。
步骤4：将处理后的α+β钛合金块材进行EBSD表征，如图4所示，可以观察到经过选区激光处理后在基体表面形成明显的板条状组织。
本发明提出了一种高强工业α+β型钛合金复合结构材料的制备工艺，根据工业需求，通过调节功率、扫描速度、扫描间距等参数，获得一种高强工业α+β型钛合金复合结构材料。
实施例2
单层α+β等轴组织激光处理后转变为双层α+β复合结构材料：材料使用常用的的α+β钛合金块材。
步骤1：将待处理的α+β钛合金块材进行简单的表面抛光和清洁。
步骤2：将制备的块体α+β钛合金放入3D激光打印机，对样品进行激光熔覆处理，处理参数为：扫描速率为1000mm/min，功率为250W。经过激光处理后α+β合金组织等轴组织转变为双层组织。
步骤3：经过选区激光处理后在基体表面形成明显的板条状组织。
本发明提出了一种高强工业α+β型钛合金复合结构材料的制备工艺，根据工业需求，通过调节功率、扫描速度、扫描间距等参数，获得一种高强工业α+β型钛合金复合结构材料。
实施例3
单层α+β等轴组织激光处理后转变为双层α+β复合结构材料：材料使用常用的的α+β钛合金块材。
步骤1：将待处理的α+β钛合金块材进行简单的表面抛光和清洁。
步骤2：将制备的块体α+β钛合金放入3D激光打印机，对样品进行激光熔覆处理，处理参数为：扫描速率为500mm/min,功率为300W。经过激光处理后α+β合金组织等轴组织转变为双层组织。
步骤3：经过选区激光处理后在基体表面形成明显的板条状组织。
本发明提出了一种高强工业α+β型钛合金复合结构材料的制备工艺，根据工业需求，通过调节功率、扫描速度、扫描间距等参数，获得一种高强工业α+β型钛合金复合结构材料。
上面结合附图对本发明的三种具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种具备高强度高耐磨损性能α+β相TC4合金的制备方法，其特征在于，通过对制备的的α+β钛合金在大功率脉冲激光熔覆装置下进行处理，即可实现α+β单层等轴组织材料转变为α+β双层复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种具备高强度高耐磨损性能α+β相TC4合金的制备方法，其特征在于，所述组织的转变包括等轴组织转变为板条组织。
3.根据权利要求2所述的一种具备高强度高耐磨损性能α+β相TC4合金的制备方法，其特征在于，所述TC4合金中等轴组织转变为板条组织的热处理过程具体为：将待处理的α+β钛合金块材进行简单的表面抛光和清洁后，将制备的块体α+β钛合金放入3D激光打印机，对样品进行激光熔覆处理，设置处理参数为扫描速率为2 000mm/min，功率为200W。
4.根据权利要求1所述的一种具备高强度高耐磨损性能α+β相TC4合金的制备方法，其特征在于，基体的等轴组织具有良好的塑性，熔覆层的板条组织具有较高的强度和耐磨损性能。
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