一种TA15钛合金航空构件的3D打印加工方法技术

本发明专利技术涉及一种TA15钛合金航空构件的3D打印加工方法，包括以下步骤：将锻造好的TA15合金丝材通过电子束熔丝成形设备得到TA15钛合金坯料，随后对TA15钛合金坯料进行双重热等静压处理得到TA15钛合金航空构件；在上述处理完成后，将TA15钛合金航空构件进行打磨抛光得到TA15钛合金航空构件成品；本发明专利技术的制备过程在真空环境中完成，构件不易引入杂质，缺陷较少且致密度较高，同时其丝材具有较高的熔化效率、且丝材储运相对安全，极大的降低了钛合金构件的加工成本；本发明专利技术中TA15钛合金航空构件经双重热等静压处理后，α板条宽度增大，且在构件表面形成梯度式渗氧层，TA15钛合金航空构件的疲劳性能得到大幅度提高。件的疲劳性能得到大幅度提高。件的疲劳性能得到大幅度提高。

【技术实现步骤摘要】
一种TA15钛合金航空构件的3D打印加工方法


[0001]本专利技术涉及钛合金增材制造加工
，尤其涉及一种TA15钛合金航空构件的3D打印加工方法。

技术介绍

[0002]钛合金材料由于其具有较高的比强度，较低的密度，较好的热稳定性和高温强度，被大量用于航空航天、海洋、医疗和化工等领域。但是其高昂的加工成本，狭窄的加工窗口和复杂的锻造工序严重限制了其广泛应用。
[0003]电子束熔丝快速成形技术是金属3D打印技术的一种，它是基于真空环境中，采用高能的电子束熔化金属表面和进给的金属丝材，同时按CAD规划的路径运动，逐层堆积，最终形成所需的金属构件。
[0004]常用的航空构件的是通过传统锻造技术，也有少部分通过3D打印技术，传统锻造技术其成本高，而3D打印技术虽然降低了成本，但由于成形过程中冷却速率极高，使用电子束熔丝快速成形技术制备的钛合金航空构件显微组织呈细板条状，导致其疲劳性能往往较低。而航空构件在使用过程中长期承受交变载荷，在其作用下的疲劳失效也是构件失效的主要方式，因此构件的疲劳寿命很大程度上决定了其服役寿命。这严重限制了电子束熔丝快速成形技术在航空航天领域的使用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术的不足从而提供一种TA15钛合金航空构件的3D打印加工方法，可以使构件疲劳性能得到大幅度提高。
[0006]本专利技术是采用如下技术方案来实现的：
[0007]一种TA15钛合金航空构件的3D打印加工方法，以下步骤：
[0008]将锻造好的TA15合金丝材通过电子束熔丝成形设备得到TA15钛合金坯料，随后对所述TA15钛合金坯料进行双重热等静压处理得到TA15钛合金航空构件；
[0009]在上述处理完成后，将所述TA15钛合金航空构件进行打磨抛光得到TA15钛合金航空构件成品。
[0010]作为专利技术的进一步说明，所述TA15合金丝材的锻造过程包括如下步骤：
[0011]选用TA15合金，确定TA15合金相变点T
β
，TA15合金铸锭经相变点以上50～150℃开坯后，在相变点以上20～80℃进行两火次镦拔，随后在相变点以下10～100℃进行拔长和精锻，所得精锻棒在400～700℃下进行拉丝，经扒皮酸洗后得到TA15合金丝材。
[0012]作为专利技术的进一步说明，锻造后的TA15合金丝材在电子束熔丝成形设备的工艺参数为：电子束加速电压为60kV；束流为30mA～100mA；进给丝材直径为2.0mm；进给速率为10mm/s～30mm/s；堆积厚度为4.0mm～8.0mm。
[0013]作为专利技术的进一步说明，所述TA15钛合金坯料进行双重热等静压处理工序为：
[0014]所述TA15钛合金坯料在相变点以上10℃～100℃进行第一重热等静压，压力为
90MPa～150MPa，在氩气下保温保压2h～6h后炉冷至室温，其中TA15钛合金航空构件的α板条宽度增大，然后在500℃～600℃进行第二重热等静压，压力为1MPa～10MPa，在氧气氛中保温保压8h～20h后空冷，其TA15钛合金航空构件表面形成梯度式渗氧层。
[0015]作为专利技术的进一步说明，将TA15钛合金航空构件的表面氧化层打磨抛光，得到保留梯度式渗氧层的TA15钛合金航空构件成品。
[0016]作为专利技术的进一步说明，所述电子束熔丝成形设备制备TA15钛合金航空构件过程在真空环境下完成。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0018]1、本专利技术相比于传统的制造工艺，使用3D打印技术不仅无模具成本，最大限度节省材料，电子束熔丝快速成形技术具有极大优势，由于制备过程在真空环境中完成，构件不易引入杂质，缺陷较少且致密度较高；同时其丝材具有较高的熔化效率、且丝材储运相对安全，极大的降低了钛合金航空构件的加工成本；
[0019]2、本专利技术中TA15钛合金航空构件经双重热等静压处理后，α板条宽度增大，且在构件表面形成梯度式渗氧层，TA15钛合金航空构件的疲劳性能得到大幅度提高。
附图说明
[0020]下面结合附图对专利技术作进一步的说明：
[0021]图1为本专利技术实施例中TA15钛合金航空构件双重热等静压前显微组织；
[0022]图2为本专利技术实施例中TA15钛合金航空构件双重热等静压后显微组织；
[0023]图3为本专利技术实施例中TA15钛合金航空构件双重热等静压后Micro
‑
CT测试结果。
具体实施方式
[0024]为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
[0026]实施例一：
[0027]本实施例所用的TA15合金成分为Ti
‑
6.52A1
‑
2.06Zr
‑
1.05Mo
‑
1.05V，其合金的相变点T
β
为998℃。
[0028]如图1
‑
3所示，一种TA15钛合金航空构件的3D打印加工方法，包括如下步骤：
[0029]步骤1，TA15合金丝材锻造：
[0030]将TA15合金铸锭在8000T锻机进行开坯和两火次镦拔变形，开坯温度为1100℃，第一镦拔变形温度为1048℃，第二镦拔变形变形温度为1028℃；所得锻坯在2500T锻机进行拔长，拔长温度为948℃，得到Ф150mm棒材；使用1000T精锻机对棒材进行精锻，精锻温度与拔长温度相同为948℃，得到Ф50mm精锻棒；精锻棒经打磨后在500℃下进行拉丝，扒皮酸洗后得到Ф2mmTA15合金丝材；
[0031]步骤2，TA15钛合金航空构件制备：
[0032]通过型号为ZD60
‑
60的电子束熔丝成形设备制备TA15钛合金航空构件，成形工艺参数如下：电子束加速电压为60kV；束流为50mA；进给丝材的直径为2.0mm；进给速率为18mm/s；堆积厚度约为6.0mm。
[0033]首先在压力为120MPa、温度为1030℃条件下进行第一重热等静压，在氩气的保护环境下保温保压4h后炉冷，其显微组织如图1所示，其中TA15钛合金航空构件的α板条宽度增大，然后再在压力为5MPa、温度为550℃条件下进行第二重热等静压，在氧气氛中保温保压12h后空冷，其显微组织如图2所示，其TA15钛合金航空构件的表面形成梯度式渗氧层；
[0034]步骤3，TA15钛合金航空构件成品制备：
[0035]将TA15钛合金航空构件的表面氧化层打磨抛光，得到保留梯度式渗氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TA15钛合金航空构件的3D打印加工方法，其特征在于，包括以下步骤：将锻造好的TA15合金丝材通过电子束熔丝成形设备得到TA15钛合金坯料，随后对所述TA15钛合金坯料进行双重热等静压处理得到TA15钛合金航空构件；在上述处理完成后，将所述TA15钛合金航空构件进行打磨抛光得到TA15钛合金航空构件成品。2.如权利要求1所述的TA15钛合金航空构件的3D打印加工方法，其特征在于，所述TA15合金丝材的锻造过程包括如下步骤：选用TA15合金，确定TA15合金相变点T
β
，TA15合金铸锭经相变点以上50～150℃开坯后，在相变点以上20～80℃进行两火次镦拔，随后在相变点以下10～100℃进行拔长和精锻，所得精锻棒在400～700℃下进行拉丝，经扒皮酸洗后得到TA15合金丝材。3.如权利要求2所述的TA15钛合金航空构件的3D打印加工方法，其特征在于，锻造后的TA15合金丝材在电子束熔丝成形设备的工艺参数为：电子束加速电压为60kV；束流为30mA～100m...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉常，李鹏，赵小东，吴子舒，岳超，李尧，何英杰，
申请(专利权)人：宝鸡西工钛合金制品有限公司，
类型：发明
国别省市：