RU2722025C1 - Проволоки из множества материалов для аддитивного производства титановых сплавов - Google Patents

Проволоки из множества материалов для аддитивного производства титановых сплавов Download PDF

Info

Publication number
RU2722025C1
RU2722025C1 RU2018144339A RU2018144339A RU2722025C1 RU 2722025 C1 RU2722025 C1 RU 2722025C1 RU 2018144339 A RU2018144339 A RU 2018144339A RU 2018144339 A RU2018144339 A RU 2018144339A RU 2722025 C1 RU2722025 C1 RU 2722025C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wire
titanium alloy
aluminum
titanium
wire according
Prior art date
Application number
RU2018144339A
Other languages
English (en)
Inventor
Дэвид У. ХЕРД
Ген САТОХ
Вивек М. Сэмпл
Андреас КУЛОВИЦ
Реймонд Дж. КИЛМЕР
Original Assignee
Арконик Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Арконик Инк. filed Critical Арконик Инк.
Application granted granted Critical
Publication of RU2722025C1 publication Critical patent/RU2722025C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
    • B23K10/02—Plasma welding
    • B23K10/027—Welding for purposes other than joining, e.g. build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046—Welding
    • B23K15/0086—Welding welding for purposes other than joining, e.g. built-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046—Welding
    • B23K15/0093—Welding characterised by the properties of the materials to be welded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0244—Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
    • B23K35/0266—Rods, electrodes, wires flux-cored
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
    • B23K35/0283—Rods, electrodes, wires multi-cored; multiple
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
    • B23K35/325—Ti as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B23K9/044—Built-up welding on three-dimensional surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/003—Alloys based on aluminium containing at least 2.6% of one or more of the elements: tin, lead, antimony, bismuth, cadmium, and titanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в аддитивном производстве изделий из титанового сплава с использованием электронного луча или плазменной дуги. Проволока имеет наружную трубчатую часть, содержащую первый материал, который по меньшей мере содержит алюминий, и массу частиц, представляющую собой второй материал, содержащихся внутри наружной трубчатой части. Второй материал отличается от первого материала и по меньшей мере содержит титан, в частности, содержащий алюминий титановый сплав. Совокупный состав первого и второго материалов обеспечивает получение изделия из титанового сплава с использованием аддитивного производства. Второй материал может представлять собой трубку или волокно. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[001] Сплав Ti-6Al-4V является одним из наиболее широко распространенных титановых сплавов. Сплав Ti-6A-4V представляет собой титановый сплав альфа-бета типа, содержащий 6% по массе Al и 4% по массе V. Сплав Ti-6Al-4V известен благодаря удачному сочетанию прочности, ударной вязкости и коррозионной стойкости.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[002] В широком смысле настоящее изобретение относится к новым проволокам из множества материалов для аддитивного производства титановых сплавов, такого как технологии аддитивного производства с использованием источника излучения в виде электронного луча и/или плазменной дуги.
[003] Согласно одному варианту предложена проволока для применения в аддитивном производстве с использованием электронного луча или плазменной дуги. В этом варианте проволока может содержать наружную трубчатую часть и массу частиц, содержащихся в наружной трубчатой части. Наружная трубчатая часть содержит первый материал или второй материал, и масса частиц обычно содержит материал, отличный от первого материала и второго материала, относительно наружной трубчатой части. В одном варианте реализации изобретения второй материал по меньшей мере содержит титан. В одном варианте реализации изобретения второй материал содержит алюминийсодержащий титановый сплав. В одном варианте реализации изобретения второй материал представляет собой титановый сплав, выбранный из группы, состоящей из Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-7Al-4Mo, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr, Ti-3Al-2,5V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-5Al-2,5Sn, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6Al-2Nb-1Ta-0,8Mo, Ti-2,25Al-11Sn-5Zr-1Mo и Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo. В одном варианте реализации изобретения первый материал содержит элемент для легирования титаном, например один или более из элементов группы: алюминия, олова, молибдена, ниобия, ванадия, циркония, хрома и железа, среди прочих. В одном варианте реализации изобретения первый материал выбран из группы, состоящей из алюминия, олова, молибдена, ниобия, ванадия, циркония, хрома, железа и их комбинаций. В одном варианте реализации изобретения первый материал содержит алюминий или алюминиевый сплав. В одном варианте реализации изобретения первый материал содержит элементарный алюминий или сплав 1xxx. В одном варианте реализации изобретения первый материал по существу не содержит титана. Комбинированные составы первого материала и второго материала обычно являются достаточными для получения изделия из титанового сплава, когда проволока используется в аддитивном производстве. Например, проволока может включать в себя достаточное количество первого материала и второго материала для получения заданного состава готового изделия из титанового сплава. В одном варианте реализации изобретения первый материал представляет собой алюминиевый сплав 1ххх, а второй материал представляет собой Ti-6Al-4V.
[004] Согласно другому варианту предложена проволока для применения в аддитивном производстве с использованием электронного луча или плазменной дуги, причем проволока включает в себя первую удлиненную наружную трубку и вторую удлиненную внутреннюю трубку, расположенную в первой удлиненной наружной трубке. Первая удлиненная наружная трубка обычно содержит первый материал или второй материал, а вторая удлиненная внутренняя трубка обычно содержит материал, отличный от первого материала и второго материала, относительно первой удлиненной наружной трубки. В одном варианте реализации изобретения второй материал по меньшей мере содержит титан. В одном варианте реализации изобретения второй материал содержит алюминийсодержащий титановый сплав. В одном варианте реализации изобретения второй материал представляет собой титановый сплав, выбранный из группы, состоящей из Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-7Al-4Mo, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr, Ti-3Al-2,5V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-5Al-2,5Sn, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6Al-2Nb-1Ta-0,8Mo, Ti-2,25Al-11Sn-5Zr-1Mo и Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo. В одном варианте реализации изобретения первый материал содержит элемент для легирования титаном, например один или более из элементов группы: алюминия, олова, молибдена, ниобия, ванадия, циркония, хрома и железа, среди прочих. В одном варианте реализации изобретения первый материал выбран из группы, состоящей из алюминия, олова, молибдена, ниобия, ванадия, циркония, хрома, железа и их комбинаций. В одном варианте реализации изобретения первый материал содержит алюминий или алюминиевый сплав. В одном варианте реализации изобретения первый материал содержит элементарный алюминий или сплав 1xxx. В одном варианте реализации изобретения первый материал по существу не содержит титана. Комбинированные составы первого материала и второго материала обычно являются достаточными для получения изделия из титанового сплава, когда проволока используется в аддитивном производстве. Например, проволока может включать в себя достаточное количество первого материала и второго материала для получения заданного состава готового изделия из титанового сплава. В одном варианте реализации изобретения первый материал представляет собой алюминиевый сплав 1ххх, а второй материал представляет собой Ti-6Al-4V.
[005] Согласно другому варианту предложена проволока для применения в аддитивном производстве с использованием электронного луча или плазменной дуги, причем проволока содержит первое волокно и второе волокно, переплетенное с первым волокном. Первое волокно, как правило, содержит первый материал, а второе волокно, как правило, содержит второй материал, отличный от первого материала. В одном варианте реализации изобретения второй материал по меньшей мере содержит титан. В одном варианте реализации изобретения второй материал содержит алюминийсодержащий титановый сплав. В одном варианте реализации изобретения второй материал представляет собой титановый сплав, выбранный из группы, состоящей из Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-7Al-4Mo, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr, Ti-3Al-2,5V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-5Al-2,5Sn, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6Al-2Nb-1Ta-0,8Mo, Ti-2,25Al-11Sn-5Zr-1Mo и Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo. В одном варианте реализации изобретения первый материал содержит элемент для легирования титаном, например один или более из элементов группы: алюминия, олова, молибдена, ниобия, ванадия, циркония, хрома и железа, среди прочих. В одном варианте реализации изобретения первый материал выбран из группы, состоящей из алюминия, олова, молибдена, ниобия, ванадия, циркония, хрома, железа и их комбинаций. В одном варианте реализации изобретения первый материал содержит алюминий или алюминиевый сплав. В одном варианте реализации изобретения первый материал содержит элементарный алюминий или сплав 1xxx. В одном варианте реализации изобретения первый материал по существу не содержит титана. Комбинированные составы первого материала и второго материала обычно являются достаточными для получения изделия из титанового сплава, когда проволока используется в аддитивном производстве. Например, проволока может включать в себя достаточное количество первого материала и второго материала для получения заданного состава готового изделия из титанового сплава. В одном варианте реализации изобретения первый материал представляет собой алюминиевый сплав 1ххх, а второй материал представляет собой Ti-6Al-4V.
[006] Также раскрыты способы использования описанных выше проволок. В одном варианте реализации изобретения способ включает использование источника излучения для нагрева какой-либо из вышеописанных проволок выше точки ликвидуса формируемого изделия из титанового сплава, в результате создающих ванну расплава, и охлаждение ванны расплава со скоростью охлаждения по меньшей мере 1000°C в секунду. Эти этапы могут повторяться по необходимости (например, в ходе аддитивного производства) до тех пор, пока не будет получено готовое изделие из титанового сплава.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[007] Фиг. 1а представляет схематический вид одного варианта реализации изобретения с использованием электронно-лучевого аддитивного производства для получения детали из титанового сплава.
[008] Фиг. 1b иллюстрирует один вариант реализации проволоки, применимой в электронно-лучевом варианте по фиг. 1а, в котором проволока имеет удлиненную наружную трубчатую часть и массу частиц, содержащихся в удлиненной наружной трубчатой части.
[009] Фиг. 1с-1f иллюстрируют варианты реализации проволок, применимых в электронно-лучевом варианте по фиг. 1а, причем проволоки имеют удлиненную наружную трубчатую часть и по меньшей мере одну вторую удлиненную внутреннюю трубчатую часть. Фиг. 1с и 1е представляют схематические виды сбоку проволок, а фиг. 1d и 1f - схематические виды сверху проволок по фиг. 1c и 1e, соответственно.
[0010] Фиг. 1g иллюстрирует один вариант реализации проволоки, применимой в электронно-лучевом варианте реализации изобретения по фиг. 1а, причем проволока имеет по меньшей мере первое и второе переплетенные волокна, при этом первое и второе волокна имеют разные составы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0011] Со ссылкой на фиг. 1a-1b проиллюстрирован один вариант реализации проволоки из множества материалов. В иллюстрируемом варианте реализации изобретения проволока (25) из множества материалов представляет собой проволоку с порошковым сердечником (200), имеющую удлиненную наружную трубчатую часть и массу частиц, содержащихся в удлиненной наружной трубчатой части. Удлиненная наружная трубчатая часть, как правило, содержит первый материал или второй материал, и масса частиц обычно содержит материал, отличный от первого материала или второго материала, при этом второй материал отличается от первого материала. Например, если удлиненная наружная трубчатая часть содержит первый материал, масса частиц содержит второй материал. С другой стороны, если удлиненная наружная трубчатая часть содержит второй материал, масса частиц содержит первый материал. В любом случае, составы первого материала и второго материала обычно являются достаточными для получения изделия из титанового сплава, когда проволока используется в аддитивном производстве. Например, первый материал может содержать алюминий, а второй материал может содержать титан, такой как алюминийсодержащий титановый сплав. Во время аддитивного производства проволоку (25) подают из участка (55) подачи проволоки подающего пистолета (50) проволоки к наращиваемой подложке. Электронный луч (75) или другой подходящий источник излучения нагревает проволоку (25) выше точки ликвидуса детали из титанового сплава, образующую ванну расплава, с последующей быстрой кристаллизацией (например, ≥ 1000°С в секунду) ванны расплава для формирования осажденного материала (100) титанового сплава. Эти этапы могут повторяться при необходимости, до тех пор, пока не будет получено готовое изделие из титанового сплава. Во время такого процесса аддитивного производства высокие температуры могут привести к улетучиванию некоторой части алюминия из-за высокого парциального давления алюминия в ванне расплава. Однако дополнительный алюминий, подаваемый посредством удлиненной наружной трубчатой части по меньшей мере частично добавляет/заменяет испаряемый алюминий, тем самым способствуя получению заданного состава осажденного материала (100) титанового сплава.
[0012] Как указано выше, проволока содержит достаточное количество второго материала для получения изделия из титанового сплава, когда проволока используется при аддитивном производстве, и указанный второй материал обычно содержит титан. В одном из вариантов второй материал представляет собой титановый сплав. В одном из вариантов реализации изобретения второй материал представляет собой алюминийсодержащий титановый сплав. В одном варианте реализации изобретения второй материал выбирают из группы, состоящей из Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-7Al-4Mo, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr, Ti-3Al-2,5V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-5Al-2,5Sn, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6Al-2Nb-1Ta-0,8Mo, Ti-2,25Al-11Sn-5Zr-1Mo и Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo. В одном варианте реализации изобретения второй материал представляет собой Ti-6Al-4V.
[0013] Как указано выше, проволока содержит достаточное количество первого материала для получения изделия из титанового сплава, когда проволока используется при аддитивном производстве, и указанный второй материал обычно содержит алюминий. В одном варианте реализации изобретения первый материал по существу не содержит титана. В одном варианте реализации изобретения первый материал представляет собой алюминиевый сплав 1ххх, как определено Ассоциацией алюминиевой промышленности, то есть материал, содержащий по меньшей мере 99,0% по массе Al. В другом варианте реализации изобретения первый материал содержит по меньшей мере один вторичный элемент для способствования получению заданного состава титанового сплава после завершения аддитивного производства. В одном варианте реализации изобретения по меньшей мере один вторичный элемент выбирают из группы ванадия (V), олова (Sn), молибдена (Mo), циркония (Zr), ниобия (Nb), хрома (Cr), железа (Fe) и их комбинаций, причем первый материал содержит достаточное количество алюминия и по меньшей мере одного вторичного элемента для способствования получению заданного состава титанового сплава после завершения аддитивного производства.
[0014] Используемый в данном документе термин «аддитивное производство» означает «процесс соединения материалов с целью создания объектов по данным трехмерной модели, обычно послойно, в отличие от методов субтрактивного производства», как определено в документе ASTM F2792-12a, под названием «Стандартные термины для технологий аддитивного производства», поскольку это относится к использованию проволок. В одном варианте реализации изобретения в процессах аддитивного производства используют электронно-лучевую плавку (Electron Beam Melting, EBM). В одном варианте реализации изобретения, в способе аддитивного производства используют систему аддитивного производства с помощью прямого лазерного спекания металлов (Direct Metal Laser Sintering, DMLS) EOSINT M 280 или аналогичную систему, поставляемую EOS GmbH (Robert-Stirling-Ring 1, 82152 Крайллинг/Мюнхен, Германия).
[0015] Проволока (25), используемая в процессе аддитивного производства, может включать в себя соответствующий объем первого материала и второго материала для получения заданного состава титанового сплава после завершения аддитивного производства. В этой связи толщина удлиненной наружной трубки и/или объем частиц могут быть специально подобраны.
[0016] В другом варианте реализации изобретения и, как показано на фиг. 1с-1d, проволока (25а) представляет собой проволоку с множеством трубок, имеющую первую удлиненную наружную трубчатую часть (600) и по меньшей мере вторую удлиненную внутреннюю трубчатую часть (610). Первая часть (600) содержит первый материал или второй материал, а вторая часть (610) содержит другую часть первого материала или второго материала. Проволока (25а) может содержать полый сердечник (620), как показано, или может содержать сплошной сердечник, или может содержать массу частиц внутри сердечника, как описано выше относительно фиг. 1a-1b. В любом случае совокупный состав первого материала, второго материала и любых материалов сердечника таков, что после осаждения получают заданный состав для осажденного материала (100) титанового сплава. Первым материалом и вторыми материалами может быть любой из первого и второго материалов, описанных выше со ссылкой на фиг. 1a-1b. Кроме того, как показано на фиг. 1e-1f, проволока (25b) может содержать какое-либо количество из множества удлиненных трубок (например, трубки 600-610 и 630-650), каждую подходящего состава и толщины, чтобы получить подходящий конечный состав изделия из титанового сплава. Как описано выше со ссылкой на фиг. 1с-1d, сердечник (620) может представлять собой полый сердечник (620), как показано, или может содержать сплошной сердечник, или может содержать массу частиц внутри сердечника, как описано выше относительно фиг. 1a-1b.
[0017] В другом варианте реализации изобретения и, как показано на фиг. 1g, проволока (25c) представляет собой многоволоконную проволоку, имеющую первое волокно (700) и по меньшей мере второе волокно (710), переплетенное с первой проволокой (100). Первое волокно (700) содержит первый материал, а вторая часть (710) содержит второй материал. Совокупные составы первого материала и второго материала таковы, что после осаждения получают заданный состав для осажденного материала (100) из титанового сплава.
[0018] В одном варианте реализации изобретения, не проиллюстрированном, в электронно-лучевом (EB) или плазменно-дуговом устройстве для аддитивного производства может использоваться множество разных проволок, необязательно, с соответствующим множеством разных источников излучения, причем каждую из проволок и источников при необходимости подают и активируют для получения заданного состава осажденного материала (100) из титанового сплава.
[0019] Хотя различные варианты реализации новой технологии, описанные в данном документе, были подробно описаны, очевидно, что изменения и адаптации этих вариантов осуществления будут очевидны специалистам в данной области техники. Однако следует четко понимать, что эти изменения и адаптации находятся в пределах сущности и объема раскрытой в данном документе технологии.

Claims (44)

1. Проволока для изготовления изделия из титанового сплава путем аддитивной технологии с использованием электронного луча или плазменной дуги, содержащая:
наружную трубчатую часть, содержащую первый материал, причем первый материал по меньшей мере содержит алюминий, и
массу частиц, расположенную внутри наружной трубчатой части, причем масса частиц представляет собой второй материал, при этом второй материал отличается от первого материала и по меньшей мере содержит титан;
при этом первый материал и второй материал имеют состав, достаточный для получения титанового сплава.
2. Проволока по п. 1, в которой второй материал содержит алюминийсодержащий титановый сплав.
3. Проволока по п. 2, в которой второй материал представляет собой титановый сплав, выбранный из группы, состоящей из Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-7Al-4Mo, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr, Ti-3Al-2,5V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-5Al-2,5Sn, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6Al-2Nb-1Ta-0,8Mo, Ti-2,25Al-11Sn-5Zr-1Mo и Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo.
4. Проволока по любому из пп. 1-3, в которой первый материал представляет собой алюминиевый сплав 1xxx.
5. Проволока по п. 4, в которой первый материал содержит достаточное количество алюминия и вторичных элементов для получения заданного состава изделия из титанового сплава.
6. Проволока по п. 5, в которой вторичные элементы включают по меньшей мере одно из ванадия (V), олова (Sn), молибдена (Mo), циркония (Zr), ниобия (Nb), хрома (Cr), железа (Fe) и их комбинаций.
7. Проволока по п. 1, в которой первый материал по существу не содержит титана.
8. Проволока по п. 1, в которой первый материал представляет собой алюминиевый сплав 1xxx и в которой второй материал представляет собой Ti-6Al-4V.
9. Проволока для изготовления изделия из титанового сплава путем аддитивной технологии с использованием электронного луча или плазменной дуги, содержащая:
(a) первую удлиненную наружную трубку,
причем первая удлиненная наружная трубка содержит первый материал или второй материал;
(b) вторую удлиненную внутреннюю трубку, расположенную внутри первой удлиненной наружной трубки,
причем вторая удлиненная внутренняя трубка содержит материал, отличный от первого материала и второго материала относительно первой удлиненной наружной трубки,
при этом первый материал по меньшей мере содержит алюминий,
а второй материал отличается от первого материала и по меньшей мере содержит титан,
при этом первый материал и второй материал имеют состав, достаточный для получения титанового сплава.
10. Проволока по п. 9, в которой второй материал содержит алюминийсодержащий титановый сплав.
11. Проволока по п. 10, в которой второй материал представляет собой титановый сплав, выбранный из группы, состоящей из Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-7Al-4Mo, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr, Ti-3Al-2,5V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-5Al-2,5Sn, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6Al-2Nb-1Ta-0,8Mo, Ti-2,25Al-11Sn-5Zr-1Mo и Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo.
12. Проволока по любому из пп. 9-11, в которой первый материал представляет собой алюминиевый сплав 1xxx.
13. Проволока по п. 12, в которой первый материал содержит достаточное количество алюминия и вторичных элементов для получения заданного состава изделия из титанового сплава.
14. Проволока по п. 13, в которой вторичные элементы включают по меньшей мере одно из ванадия (V), олова (Sn), молибдена (Mo), циркония (Zr), ниобия (Nb), хрома (Cr), железа (Fe) и их комбинаций.
15. Проволока по п. 9, в которой первый материал по существу не содержит титана.
16. Проволока по п. 9, в которой первый материал представляет собой алюминиевый сплав 1xxx и в которой второй материал представляет собой Ti-6Al-4V.
17. Проволока для изготовления изделия из титанового сплава путем аддитивной технологии с использованием электронного луча или плазменной дуги, содержащая:
(a) первое волокно, содержащее первый материал, который по меньшей мере содержит алюминий;
(b) второе волокно, переплетенное с первым волокном,
при этом второе волокно содержит второй материал, который отличается от первого материала и по меньшей мере содержит титан,
при этом первый материал и второй материал имеют состав, достаточный для получения титанового сплава.
18. Проволока по п. 17, в которой второй материал содержит алюминийсодержащий титановый сплав.
19. Проволока по п. 18, в которой второй материал представляет собой титановый сплав, выбранный из группы, состоящей из Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-7Al-4Mo, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr, Ti-3Al-2,5V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-5Al-2,5Sn, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6Al-2Nb-1Ta-0,8Mo, Ti-2,25Al-11Sn-5Zr-1Mo и Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo.
20. Проволока по любому из пп. 17-19, в которой первый материал представляет собой алюминиевый сплав 1xxx.
21. Проволока по п. 20, в которой первый материал содержит достаточное количество алюминия и вторичных элементов для получения заданного состава изделия из титанового сплава.
22. Проволока по п. 21, в которой вторичные элементы включают по меньшей мере одно из ванадия (V), олова (Sn), молибдена (Mo), циркония (Zr), ниобия (Nb), хрома (Cr), железа (Fe) и их комбинаций.
23. Проволока по п. 17, в которой первый материал по существу не содержит титана.
24. Проволока по п. 17, в которой первый материал представляет собой алюминиевый сплав 1xxx и в которой второй материал представляет собой Ti-6Al-4V.
25. Способ изготовления изделия из титанового сплава, включающий:
(a) использование источника излучения для нагрева проволоки выше точки ликвидуса формируемого изделия из титанового сплава с созданием в результате ванны расплава,
причем проволока содержит первую часть и вторую часть, при этом первая часть содержит первый материал, а вторая часть содержит второй материал,
причем первый материал содержит алюминий, а второй материал отличается от первого материала, при этом второй материал содержит титан,
(b) охлаждение ванны расплава со скоростью охлаждения по меньшей мере 1000°C в секунду, и
(c) повторение этапов (a)-(b) до завершения изготовления изделия из титанового сплава.
RU2018144339A 2016-05-16 2017-05-15 Проволоки из множества материалов для аддитивного производства титановых сплавов RU2722025C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662336898P 2016-05-16 2016-05-16
US62/336,898 2016-05-16
PCT/US2017/032692 WO2017200931A1 (en) 2016-05-16 2017-05-15 Multi-material wires for additive manufacturing of titanium alloys

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2722025C1 true RU2722025C1 (ru) 2020-05-26

Family

ID=60297363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018144339A RU2722025C1 (ru) 2016-05-16 2017-05-15 Проволоки из множества материалов для аддитивного производства титановых сплавов

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20170326868A1 (ru)
EP (1) EP3458223A4 (ru)
JP (1) JP2019523342A (ru)
KR (1) KR20180137575A (ru)
CN (1) CN109195738A (ru)
CA (1) CA3023738A1 (ru)
RU (1) RU2722025C1 (ru)
SG (1) SG11201809853PA (ru)
WO (1) WO2017200931A1 (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3704279A4 (en) 2017-10-31 2021-03-10 Howmet Aerospace Inc. IMPROVED ALUMINUM ALLOYS AND THEIR PRODUCTION PROCESSES
US11229953B2 (en) * 2017-11-29 2022-01-25 Lincoln Global, Inc. Methods and systems for additive manufacturing
CA3109213C (en) * 2018-08-31 2023-05-02 The Boeing Company High-strength titanium alloy for additive manufacturing
GB2577491A (en) * 2018-09-24 2020-04-01 Oxmet Tech Limited An alpha titanium alloy for additive manufacturing
CN111347048A (zh) * 2020-03-17 2020-06-30 苏勇君 低成本的钛合金间接增材制造方法
CN112427893A (zh) * 2020-11-10 2021-03-02 西北有色金属研究院 一种大口径薄壁无缝钛合金筒体的制造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1047634A1 (ru) * 1979-12-18 1983-10-15 Предприятие П/Я А-3959 Способ сварки плав щимс электродом
RU98165U1 (ru) * 2010-05-07 2010-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Композиционная проволока для наплавки сплавов на основе алюминидов титана
RU2478029C2 (ru) * 2011-06-21 2013-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Композиционная проволока для дуговой сварки и наплавки
WO2015079200A2 (en) * 2013-11-27 2015-06-04 Linde Aktiengesellschaft Additive manufacturing of titanium article
US20150209908A1 (en) * 2014-01-24 2015-07-30 Lincoln Global, Inc. Method and system for additive manufacturing using high energy source and hot-wire

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2719357A1 (de) * 1977-04-30 1978-11-09 Kjellberg Esab Gmbh Verfahren zur herstellung von fuelldraehten und fuelldrahtelektroden
US4331857A (en) * 1980-01-30 1982-05-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Alloy-cored titanium welding wire
JP2677412B2 (ja) * 1989-04-28 1997-11-17 昭和アルミニウム株式会社 アルミニウム材の表面硬化用溶加材
JPH04284982A (ja) * 1991-03-11 1992-10-09 Toyota Motor Corp スポット溶接用複合材料製電極
US5525779A (en) * 1993-06-03 1996-06-11 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Intermetallic alloy welding wires and method for fabricating the same
US6933468B2 (en) * 2000-10-10 2005-08-23 Hobart Brothers Company Aluminum metal-core weld wire and method for forming the same
JP3888242B2 (ja) * 2001-07-12 2007-02-28 大同特殊鋼株式会社 溶融金属形成用Ｔｉ系線材
JP3881588B2 (ja) * 2002-04-26 2007-02-14 新日本製鐵株式会社 Ｍｉｇ溶接用チタン合金の溶接方法
US8519303B2 (en) * 2005-05-19 2013-08-27 Lincoln Global, Inc. Cored welding electrode and methods for manufacturing the same
JP2008272763A (ja) * 2007-04-25 2008-11-13 Ihi Corp クラッドシート及びその製造方法
US20130092674A1 (en) * 2009-06-05 2013-04-18 Lincoln Global, Inc. Electrodes incorporating metallic coated particles and methods thereof
JP6082314B2 (ja) * 2012-11-06 2017-02-15 株式会社東芝 半導体装置
WO2014091290A1 (en) * 2012-12-10 2014-06-19 Lincoln Global, Inc. Electrodes incorporating metallic coated particles and methods of hard surfacing therewith
US9579718B2 (en) * 2013-01-24 2017-02-28 California Institute Of Technology Systems and methods for fabricating objects including amorphous metal using techniques akin to additive manufacturing
US9981349B2 (en) * 2013-05-31 2018-05-29 Arconic Inc. Titanium welding wire, ultrasonically inspectable welds and parts formed therefrom, and associated methods
US10046419B2 (en) * 2014-01-24 2018-08-14 Lincoln Global, Inc. Method and system for additive manufacturing using high energy source and hot-wire
US10850356B2 (en) * 2015-02-25 2020-12-01 Hobart Brothers Llc Aluminum metal-cored welding wire
CN105014259A (zh) * 2015-07-13 2015-11-04 江西金世纪特种焊接材料有限公司 一种无缝药芯焊丝及其加工方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1047634A1 (ru) * 1979-12-18 1983-10-15 Предприятие П/Я А-3959 Способ сварки плав щимс электродом
RU98165U1 (ru) * 2010-05-07 2010-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Композиционная проволока для наплавки сплавов на основе алюминидов титана
RU2478029C2 (ru) * 2011-06-21 2013-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Композиционная проволока для дуговой сварки и наплавки
WO2015079200A2 (en) * 2013-11-27 2015-06-04 Linde Aktiengesellschaft Additive manufacturing of titanium article
US20150209908A1 (en) * 2014-01-24 2015-07-30 Lincoln Global, Inc. Method and system for additive manufacturing using high energy source and hot-wire

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
М.А.ЗЛЕНКО и др. "Аддитивные технологии в машиностроении", Издательство политехнического университета, Санкт-Петербург, 2013, с.58. *

Also Published As

Publication number Publication date
SG11201809853PA (en) 2018-12-28
CA3023738A1 (en) 2017-11-23
KR20180137575A (ko) 2018-12-27
JP2019523342A (ja) 2019-08-22
US20170326868A1 (en) 2017-11-16
WO2017200931A1 (en) 2017-11-23
EP3458223A1 (en) 2019-03-27
EP3458223A4 (en) 2019-11-20
CN109195738A (zh) 2019-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2722025C1 (ru) Проволоки из множества материалов для аддитивного производства титановых сплавов
US10480051B2 (en) Fcc materials of aluminum, cobalt, iron and nickel, and products made therefrom
US6596963B2 (en) Production and use of welding filler metal
Childerhouse et al. Near net shape manufacture of titanium alloy components from powder and wire: A review of state-of-the-art process routes
Yakout et al. Additive manufacturing of composite materials: an overview
US9315904B2 (en) Material deposition using powder and foil
CN111699063A (zh) 制造铝-铬合金零件的方法
RU2713668C1 (ru) Материалы с гпу-структурой на основе алюминия, титана и циркония и изделия, полученные из них
JP2019104058A (ja) ニアネットシェイプ物品を作製する方法および組成物
KR102251066B1 (ko) 티타늄, 알루미늄, 니오븀, 바나듐 및 몰리브덴의 bcc 재료, 및 그로부터 제조된 제품
DE102015115962A1 (de) Verfahren zur Erzeugung eines metallischen Werkstoffgemischs bei der additiven Fertigung
US20210107060A1 (en) Multi-material tooling and methods of making same
KR20180114226A (ko) 알루미늄, 코발트, 크롬, 및 니켈로 이루어진 fcc 재료, 및 이로 제조된 제품
Chaurasia et al. Investigations on process parameters of wire arc additive manufacturing (WAAM): A review
Węglowski et al. Electron beam additive manufacturing with wire
CN109072348A (zh) 铝、钴、镍和钛的fcc材料以及由其制成的产品
JP2019099920A (ja) ニアネットシェイプ物品を作製するための方法および組成物
WO2021069647A1 (en) Additive manufacturing of a thin-walled metal article of high roundness and concentricity and low surface roughness
DE102020119464A1 (de) 3D-Drahtdruckverfahren zum Herstellen von Metallobjekten
CN113732303B (zh) 一种用于增材制造物体的丝材及其制备方法
Patel et al. Welding processes for additive manufacturing—processes, materials, and defects