【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钛合金材料加工制备领域，具体涉及一种高力学性能的钛合金及其制备方法与应用。
技术介绍
1、钛合金因其高强度、低重量等优点，在航空航天领域应用广泛，包括飞机起落架、机身蒙皮、隔热罩、压气机盘、叶片、压气机机匣等。其中tc18钛合金(其组分，按质量百分比计为：5％al，5％mo，5％v，1％cr，1％fe，余量为ti)作为一种α+β两相钛合金，在室温与高温下具有高比强度、高断裂韧性、高杨氏模量、耐腐蚀性以及良好的焊接性，特别适用于飞机发动机零部件以及飞机起落架等大型承重结构件。但tc18钛合金经过锻造成形后强度与硬度较高，而塑性较差，无法满足一些需同时要求高强度和高塑性的应用场景。
2、目前，为了提高钛合金的强度和塑性，常用的技术手段主要包括采用增材制造+退火处理；或锻造+热处理；或增材制造+热处理；或在钛合金中添加稀土金属元素，但这些技术手段大多存在生产周期长、生产成本高，制备工艺复杂等缺陷，且无法同时兼具高强度和高塑性。
3、因此，亟需研发一种新的钛合金制备工艺，在不添加稀土金属元素的前提下，同时实现钛合金的高强度和高塑性。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种高力学性能的钛合金及其制备方法与应用，所述制备方法采用定向能量沉积(ded)、一级固溶处理、二级固溶处理、时效处理和激光冲击强化工艺，制得的钛合金具有优异的综合力学性能，可兼具高强度和高塑性。
2、为解决上述技术问
3、(1)以tc18钛合金粉末为原料，采用定向能量沉积成形，得钛合金基材；
4、(2)对所述钛合金基材依次进行一级固溶处理、二级固溶处理和时效处理，所述一级固溶处理的温度为820-840℃，所述二级固溶处理的温度为730-760℃，所述时效处理的温度为590-630℃，得热处理钛合金；
5、(3)对所述热处理钛合金进行激光冲击强化，得所述钛合金。
6、本专利技术以tc18钛合金粉末为原料，先以ded进行沉积，其打印态为沿沉积方向排列的粗大原始柱状β晶粒，晶内由非平衡态密排六方α/α’片层组织构成，而非平衡态组织通常强度高而塑性不佳；然后采用三重热处理(一级固溶处理、二级固溶处理和时效处理)，使钛合金内部得到由片层状αp相、β相以及弥散于β相内的针状ɑs相组成的双态组织，并通过控制αp晶粒的比例在合适的范围，使得钛合金的塑性提高，而大量弥散分布的针状ɑs相则使得钛合金的强度保持在较高水平；最后对热处理的钛合金进行激光冲击强化，使钛合金表面产生一定的压应力，并细化晶粒，从而使钛合金的强度得到进一步提升。
7、具体地，本专利技术设定一级固溶处理的温度为820-840℃，二级固溶处理的温度为730-760℃，时效处理的温度为590-630℃。其中：一级固溶处理温度接近tc18钛合金β相变点(875℃)，在该温度下，钛合金充分进行再结晶，但晶粒不会过度长大；此时形成αp片层组织，其宽度随着一级固溶温度的升高与保温时间的增加而增加，而且一部分αp晶界变为等轴晶粒，降低晶界连续性，进而提高断裂韧性。二级固溶处理过程中，β相逐渐转变为αp相，随着αp相的比例升高，钛合金的强度下降而塑性增强；同时，β相向αp相的转变过程主要受二级固溶阶段的温度影响，若温度过高，则钛合金在很短的时间内即到达相平衡，不利于组织精细调控，且二级固溶温度过高，组织内αp比例被限制在较低的水平，将导致钛合金的塑性下降；若温度过低，则钛合金从一级固溶温度降温时间较长，不仅增加热处理时间成本，且会导致钛合金的强度下降。因此，本专利技术通过控制二级固溶阶段的温度在730-760℃，以控制αp相的比例，从而控制钛合金的强度与塑性间的平衡。时效处理的温度主要影响钛合金中αs相，随着时效温度的升高，钛合金的塑性提高而强度下降，本专利技术控制时效温度为590-630℃，使钛合金中的β相基体中析出细小的针状αs相，钛合金的强度得到进一步提高。
8、作为上述方案的进一步改进，所述tc18钛合金粉末的粒径为15-150μm。
9、作为上述方案的进一步改进，步骤(1)中，所述定向能量沉积的工艺参数为：激光波长1000-1100nm，激光功率为300-500w，送粉量为1-3g/min，扫描速度为400-600mm/min，扫描间距为70-90μm，层厚为20-40μm。
10、作为上述方案的进一步改进，步骤(2)中，所述一级固溶处理的时间为0.5-2.5小时。所述一级固溶处理结束后，样品继续留在热处理炉中；然后将炉内的温度冷却至730-760℃，冷却速度为0.3-1.8℃/小时，保温0.5-2.5小时后，空冷。
11、作为上述方案的进一步改进，步骤(2)中，所述二级固溶处理的时间为0.1-1小时。一定的保温时间，有利于β相向αp相的转变，从而提高钛合金的塑性。所述二级固溶处理完成后，空冷至室温，再进行所述时效处理。
12、作为上述方案的进一步改进，步骤(2)中，所述时效处理的时间为4-8小时。
13、作为上述方案的进一步改进，步骤(3)中，所述激光冲击强化的工艺参数为：激光波长1000-1100nm，光斑直径为2-4mm，激光能量为6.8-8.2j，重叠率为40-60％，脉冲宽度为5-15ns，频率为2-8hz。
14、本专利技术的第二方面提供了一种钛合金，所述钛合金由本专利技术第一方面所述的制备方法制得，且所述钛合金的抗拉强度为1300-1350mpa，所述钛合金的断后延伸率为14-15.2％。采用本专利技术的制备方法制得的钛合金，可同时兼具良好的强度和塑性。
15、本专利技术的第三方面提供本专利技术的第二方面所述的钛合金在航空航天领域的应用。
16、本专利技术的上述技术方案相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：
17、本专利技术以tc18钛合金粉末为原料，采用ded成形，然后对成形后的钛合金在特定的温度下依次进行一级固溶处理、二级固溶处理、时效处理和激光冲击强化，使钛合金内得到由片层状αp相、β相以及弥散于β相内的针状ɑs相组成的双态组织，通过控制热处理的温度制度，使αp晶粒的比例在合适的范围，从而提高钛合金的塑性；同时大量弥散分布的针状ɑs相使得钛合金的强度保持在较高水平；钛合金进行激光冲击强化，则提高了钛合金的表面压应力，并细化晶粒，使钛合金的强度得到进一步提升。
18、本专利技术制备的钛合金，具有优异的力学性能，可同时兼具高的强度和塑性，实现抗拉强度1283-1342mpa，断后延伸率14.4-15.4％。
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1.一种钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钛合金的制备方法，其特征在于，所述TC18钛合金粉末的粒径为15-150μm。
3.根据权利要求1或2所述的钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述定向能量沉积的工艺参数为：激光波长1000-1100nm，激光功率为300-500W，送粉量为1-3g/min，扫描速度为400-600mm/min，扫描间距为70-90μm，层厚为20-40μm。
4.根据权利要求1所述的钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述一级固溶处理的时间为0.5-2.5小时。
5.根据权利要求1所述的钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二级固溶处理的时间为0.1-1小时。
6.根据权利要求1所述的钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述时效处理的时间为4-8小时。
7.根据权利要求1所述的钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二级固溶处理完成后，空冷至室温，再进行所述时效处理。
8.根据权利要求1所述的
9.一种钛合金，其特征在于，所述钛合金由权利要求1至8任意一项所述的制备方法制得，所述钛合金的抗拉强度为1300-1350MPa，所述钛合金的断后延伸率为14-15.2％。
10.权利要求9所述的钛合金在航空航天领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钛合金的制备方法，其特征在于，所述tc18钛合金粉末的粒径为15-150μm。
3.根据权利要求1或2所述的钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述定向能量沉积的工艺参数为：激光波长1000-1100nm，激光功率为300-500w，送粉量为1-3g/min，扫描速度为400-600mm/min，扫描间距为70-90μm，层厚为20-40μm。
4.根据权利要求1所述的钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述一级固溶处理的时间为0.5-2.5小时。
5.根据权利要求1所述的钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二级固溶处理的时间为0.1-1小时。
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹晟，蒙礼钜，刘洪宇，蒙雪江，曹勇，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：
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