一种能显著提高激光增材制造钛合金塑性的热处理方法.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CN107587087A(43)申请公布日2018.01.16(21)申请号201710685580.6(22)申请日2017.08.11(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市碑林区友谊西路127号(72)发明人赵庄陈静谭华张国豪林鑫黄卫东(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人李宏德(51)Int.Cl.C22F1/18(2006.01)C21D1/773(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种能显著提高激光增材制造钛合金塑性的热处理方法(57)摘要本发明提供一种能显著提高激光增材制造钛合金塑性的热处理方法，不以牺牲材料强度为代价，通过初始α层片球化从而大大改善钛合金塑性且不显著降低材料强度。所述方法为：将由激光增材制造的具有混乱针状魏氏组织的钛合金试样置于真空热处理炉中，进行如下的三重热处理后得到包含有等轴初生α相、针状次生α相和残余β相的钛合金试样；第一热处理，将合金随炉升温至975～985℃保温1h，随后炉冷却至300℃以下；第二热处理，将第一热处理后的试样再随炉升温至910～930℃保温1h，然后空冷至300℃以下；第三热处理，将第二热处理后的试样再次随炉升温至540～600℃保温4h，然后空冷直至室温。CN107587087ACN107587087A权利要求书1/2页1.一种能显著提高激光增材制造钛合金塑性的热处理方法，其特征在于，将由激光增材制造的具有混乱针状魏氏组织的钛合金试样置于真空热处理炉中，进行如下的三重热处理后得到包含有等轴初生α相、针状次生α相和残余β相的钛合金试样；第一热处理，将合金随炉升温至975～985℃保温1h，随后炉冷却至300℃以下；第二热处理，将第一热处理后的试样再随炉升温至910～930℃保温1h，然后空冷至300℃以下；第三热处理，将第二热处理后的试样再次随炉升温至540～600℃保温4h，然后空冷直至室温。2.根据权利要求1所述的一种能显著提高激光增材制造钛合金塑性的热处理方法，其特征在于，三重热处理时的升温速率为10～20℃/min。3.根据权利要求1所述的一种能显著提高激光增材制造钛合金塑性的热处理方法，其特征在于，第一热处理的冷却速率为8～12℃/min。4.根据权利要求1所述的一种能显著提高激光增材制造钛合金塑性的热处理方法，其特征在于，第二热处理和第三热处理的冷却速率为100～200℃/min。5.根据权利要求1所述的一种能显著提高激光增材制造钛合金塑性的热处理方法，其特征在于，三重热处理时，保持真空热处理炉中真空度小于10-8bar。6.根据权利要求1所述的一种能显著提高激光增材制造钛合金塑性的热处理方法，其特征在于，激光增材制造的具有混乱针状魏氏组织的钛合金试样内，α相中形成有固有位错；三重热处理后得到的钛合金试样包含有70～80％的等轴初生α相、10～20％的针状次生α相和5～10％的残余β相。7.根据权利要求1所述的一种能显著提高激光增材制造钛合金塑性的热处理方法，其特征在于，所述的钛合金试样为Ti-6Al-4V-ELI合金试样，由如下方法制备得到，第一步，将粒度为-90～+325目的Ti-6Al-4V-ELI合金粉末放入送粉器中；其中，粉末间隙元素含量按重量百分比为：Fe<0.12％，O<0.09％，C<0.01％，N<0.015％，H<0.009％；第二步，将基板固定在充氩惰性气氛加工室的工作台上；第三步，在充氩惰性气氛加工室内，当氧气含量低于50ppm后，开始钛合金激光增材制造成形；第四步，在激光源作用下，将同步送进的Ti-6Al-4V-ELI合金粉末连续熔化沉积在基板上；在沉积过程中，通过控制沉积区能量密度和沉积区尺寸使得液-固转变过程中冷却速率为104～105k/s，β相向α相转变过程中冷却速率为300～400k/s；从而制备出包含有位错结构的针状魏氏组织Ti-6Al-4V-ELI钛合金试样。8.根据权利要求7所述的一种能显著提高激光增材制造钛合金塑性的热处理方法，其特征在于，第三步中，通过如下步骤使得充氩惰性气氛加工室内氧气含量低于50ppm；3.1充氩惰性气氛加工室的进口和出口打开，将纯度为大于等于99.99％的高纯氩气充入其中，混有氩气的空气从出口处排除；3.2当充氩惰性气氛加工室中氧含量低于800ppm时，进口和出口关闭，循环系统开始工作；3.3加工室中含有空气的氩气进入循环系统，通过分子筛的过滤作用，滤掉空气，将剩下的氩气重新排入加工室内，以此循环往复，逐渐降低加工室内的氧气含量，直至氧气含量2CN107587087A权利要求书2/2页在50ppm以下。9.根据权利要求7所述的一种能显著提高激光增材制造