一种激光选区熔化增材制造钛合金部件的热处理方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110947960A(43)申请公布日2020.04.03(21)申请号201911043369.XB33Y10/00(2015.01)(22)申请日2019.10.30(71)申请人北京航星机器制造有限公司地址100013北京市东城区和平里东街1号(72)发明人王殿政韩维群张铁军王志敏阚文斌何智干建宁(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人任林冲(51)Int.Cl.B22F3/105(2006.01)B22F3/24(2006.01)C22F1/02(2006.01)C22F1/18(2006.01)C25F3/08(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种激光选区熔化增材制造钛合金部件的热处理方法(57)摘要本发明公开了一种激光选区熔化增材制造钛合金部件的热处理方法，(1)激光选区熔化增材制造钛合金部件：选用钛合金基板，将钛合金粉末平整铺于基板上，并通过激光束扫描钛合金部件包络范围内的粉层；(2)对钛合金部件表面涂覆保护层：保护层材料为有机硅、环氧树脂和石墨粉的混合物；(3)将钛合金部件进行热处理去应力，针状马氏体组织变为颗粒状组织；(4)将钛合金部件进行热处理强化，颗粒状组织细化为直径为0.1-0.5微米，断后延伸率为10％-18％。本发明采用表面涂隔绝层的方式来保护钛合金表面，操作简单，可以在空气氛围下热处理，降低了对真空热处理炉的要求，降低成本。CN110947960ACN110947960A权利要求书1/2页1.一种激光选区熔化增材制造钛合金部件的热处理方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)激光选区熔化增材制造钛合金部件：选用钛合金基板，将钛合金粉末平整铺于基板上，并通过激光束扫描钛合金部件包络范围内的粉层，重复铺粉，重复扫描，逐层在基板上实现筒形部件的三维成型；三维成型包括实体部件和支撑部件；两层之间激光扫描方向旋转45-67°，在扫描熔化道与熔化道之间，熔化层与熔化层之间产生离散分布应力场；钛合金部件表面粗糙度为30-50微米，部件表面留有0.5-1毫米机加余量；成型后部件微观组织含有针状马氏体；(2)对钛合金部件表面涂覆保护层：保护层材料为有机硅、环氧树脂和石墨粉的混合物，有机硅和环氧树脂的体积比为1:1～2:1，有机硅和石墨粉的质量比为5：1-10：1，涂覆保护层厚度为0.5-1mm；(3)将钛合金部件进行热处理去应力：将钛合金部件放于空气热处理炉或保护气体热处理炉中，在700℃～900℃温度下保持2～4h，然后冷却至室温，针状马氏体组织变为颗粒状组织；(4)将钛合金部件进行热处理强化：将钛合金部件置于300℃～400℃空气热处理炉中，保温2～4h，通入氩气或氮气，进行气体淬火强化，然后冷却至室温，颗粒状组织细化为直径为0.1-0.5微米，钛合金的抗拉强度达到900-1100MPa，断后延伸率为10％-18％。2.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化增材制造钛合金部件的热处理方法，其特征在于，步骤(1)中，利用刮刀将粒径为30-53微米的钛合金粉末平整铺于基板上，铺层厚度为40-60微米，选用激光光斑直径为75-100微米，激光功率为200-400瓦的激光束。3.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化增材制造钛合金部件的热处理方法，其特征在于，表面涂覆保护层在步骤(4)热处理之后使用喷砂工艺去除。4.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化增材制造钛合金部件的热处理方法，其特征在于，钛合金部件与激光选区熔化成形基板和支撑部件一起进行热处理，利用基板和支撑部件作钛合金部件的热处理工装。5.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化增材制造钛合金部件的热处理方法，其特征在于，钛合金为TA15钛合金或TC4钛合金。6.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化增材制造钛合金部件的热处理方法，其特征在于，步骤(4)后，对钛合金部件进行表面去粗糙处理，使表面粗糙度低于3.2微米。7.根据权利要求6所述的一种激光选区熔化增材制造钛合金部件的热处理方法，其特征在于，对钛合金部件进行表面去粗糙处理方法为：步骤一，设计电解工装：包括内阴极(1)、外阴极(2)，内阴极(1)、外阴极(2)与钛合金部件形状相适应，分别钛合金部件内部和外部，内阴极(1)、外阴极(2)之间通过接线连接，形成电解工装；步骤二，将电解工装整体浸没在电解液中，电解液成分为1～5％质量分数的盐酸，5～10％质量分数的氢氟酸，其余为蒸馏水；或电解液成分为3～5％质量分数的硫酸，5～15％质量分数的磷酸，其余为蒸馏水；步骤三，将电解工装中的钛合金部件连接直流电源的阳极，将内阴极(1)连接电源阴极，接通电压为5～20V的电源，钛合金部件表面粗糙处尖端放电，钛离