【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及精密制造领域，具体是一种大尺寸tc11钛合金薄壁筒体的复合制造方法。
技术介绍
1、薄壁筒体是航天发动机关键金属构件，在发动机工作中承受着严酷的飞行力学载荷和热载荷。随着航天技术的发展，航天发动机薄壁筒体的结构越来越复杂，材料由传统的高强钢向轻质高强钛合金方向发展。发动机高强钢筒体传统工艺流程为：旋压筒体→组焊接头与外部件→整壳调质热处理→整壳机加工。
2、tc11是一种α+β型热强钛合金，由于其高强度、良好的耐腐蚀性、热稳定性。与高强钢筒体相比，tc11钛合金筒体具有优越的轻质化优势，但是tc11钛合金可旋性与切削性差，导致薄壁圆筒的成形性能远不如传统的超高强度钢，使钛合金在固体发动机薄壁筒形件的应用方面受到极大限制。
3、选区激光熔化技术激光束按cad图形数据将金属粉末快速熔化，逐层“堆积”成各种形状复杂、致密度接近100％的金属零件的工艺过程。对于结构复杂件、变截面以及异形构件的加工具有独特优势，具有成形精度高、材料利用率高等一系列优点。
4、近年来选区激光熔化技术在航空航天领域逐渐开始应用。如专利202010738832.9公布了一种高强铝合金结构激光增材制造的工艺方法，可实现仿生结构、拓扑优化结构等复杂零件的成形，铝合金强度可达530mpa以上。专利202011489777.0公布了一种高强铝合金复杂结构增材制造方法，通过优化选区激光熔化成形工艺，降低了成形件的表面粗糙度。
5、上述专利均采用选区激光熔化技术直接成形，但是目前已有选区激光熔化设备较小，可打印
技术实现思路
1、为克服选区激光熔化建造tc11钛合金薄壁筒体因粗大柱状晶粒引起的力学性能下降的不足，本专利技术提出了一种tc11钛合金薄壁筒体的复合制造方法。
2、本专利技术具体过程是：
3、步骤1，制备合金化粉末：
4、通过球磨混粉的方式，将cu粉末与tc11钛合金粉末球磨混合均匀，得到混合粉末。
5、所述混合粉末中，cu粉末的质量百分比为1.3％～2.8％，tc11钛合金粉末的质量百分比为98.7％～97.2％。
6、制备混合粉末时，球磨的转速为300r/min；球料比为3：10。
7、所述tc11粉末为球形粉，粒径为48～140μm。所述cu粉末为球形粉，粒径为0.5～4μm。
8、步骤2，建立三维数字模型：
9、根据待成型的高强钛合金零件的几何形状，开展三维模型的建模设计；将模型输入切片软件中绘制零件的三维模型，并将三维模型沿高度方向切分成等厚的片层，得到零件的切层扫描数据，并将切层扫描数据导入电子束选区熔化装置中。
10、各所述片层的厚度为60μm。
11、步骤3，抽真空：
12、将得到的合金化粉末置于电子束选区熔化装置粉仓内，封闭成型腔，将真空度抽至5.0×10-4pa，并保持该真空度至完成所述高强钛合金筒体的制造。
13、采用非聚焦电子束将成形基板预热到680～750℃。
14、步骤4，制备粉末铺层：
15、将成形基板降低60μm，采用刮刀将位于电子束选区熔化装置粉仓内的合金化粉末均匀铺设在预热后的成形基板上，形成粉末铺层；
16、启动电子束，对所述粉末铺层进行扫描预热；得到经过预热的粉末铺层。
17、所述粉末铺层的厚度为60μm。
18、所述扫描预热时，电流为40ma，扫描时间13～16s。
19、步骤5，第一层成型区域的扫描熔化：
20、根据切片数据，通过电子束对经过预热的粉末铺层进行选区扫描熔化。得到经过第一层扫描熔化的成型区域。
21、所述第一层扫描熔化时，电子束的扫描速度为1.2～1.5m/s，扫描电流为8～9ma，扫描间距为0.1mm。
22、步骤6，钛合金筒体增材件的制造：
23、所述钛合金筒体增材件的制造是指逐层完成其余各层层成型区域的扫描熔化。
24、第二层成型区域的扫描熔化。具体是：
25、重复步骤4，将电子束选区熔化装置粉仓内的合金化粉末均匀铺设在得到经过第一层扫描熔化的成型区域的表面，形成第二层粉末铺层；所述第二层粉末铺层的厚度为60μm。
26、重复步骤5，通过电子束对所述第二层粉末铺层进行选区扫描熔化。所述扫描熔化时，扫描速度为1.2～1.5m/s，扫描电流为8～9ma，扫描间距为0.1mm。
27、得到经过第二层扫描熔化的成型区域。
28、重复所述对第二层成型区域的扫描熔化，直至达到设定高度，得到钛合金筒体增材件的半成品。
29、使得到的钛合金筒体增材件的半成品在真空条件下自然冷却到100℃以下；清理后得到增材的钛合金筒体。
30、至此，完成所述钛合金筒体增材件的制造。
31、与现有技术相比较，本专利技术取得的有益效果在于：
32、1、本专利技术克服了传统钛合金薄壁筒体加工工序多、周期长、效率低，易出现变形超差等问题，规避了传统钛合金锻造、旋压等工艺性问题，可以实现筒体筒段和外部件的一体化成形，无需焊接、热处理等工序，直接实现高强钛合金薄壁筒体的制造，具有加工周期短、生产效率高、组织性能优异等特点。
33、2、本专利技术通过混粉合金化的方式，在tc11合金粉末中添加cu粉末，增大熔化成形时熔池成分过冷度，增加形核率，从而细化晶粒，促使柱状晶粒向等轴晶转变，获得了优异的力学性能，解决了电子束选区熔化制备的tc11钛合金组织存在粗大柱状晶导致的各向异性明显、塑性偏低等问题。溶质元素对钛合金成分过冷起着关键的作用，而成分过冷的生成数率由溶质的生长抑制系数q决定。q越大，合金能更快的产生成分过冷。在tc11合金中主要元素al、zr的单位质量生长抑制系数q0均约等于0，而cu元素单位质量生长抑制系数约为6.5，即添加一定量的cu可使tc11钛合金产生成分过冷的作用。采用混分合金化的方式制备的tc11钛合金电子束增材试样具有良好的强塑性，其横向力学性能为：抗拉强度1106mpa，屈服强度993mpa，延伸率13％；高向力学性能为：抗拉强度1084mpa，屈服强度959mpa，延伸率11％。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高强钛合金筒体的制造方法，其特征在于，具体过程是：
2.如权利要求1所述高强钛合金筒体的制造方法，其特征在于，所述混合粉末中，Cu粉末的质量百分比为1.3％～2.8％，TC11钛合金粉末的质量百分比为98.7％～97.2％。
3.如权利要求1所述高强钛合金筒体的制造方法，其特征在于，制备混合粉末时，球磨的转速为300r/min；球料比为3：10。
4.如权利要求1所述高强钛合金筒体的制造方法，其特征在于，所述TC11粉末为球形粉，粒径为48～140μm；所述Cu粉末为球形粉，粒径为0.5～4μm。
5.如权利要求1所述高强钛合金筒体的制造方法，其特征在于，各所述片层的厚度为60μm。
6.如权利要求1所述高强钛合金筒体的制造方法，其特征在于，所述粉末铺层的厚度为60μm。
7.如权利要求1所述高强钛合金筒体的制造方法，其特征在于，所述扫描预热时，电流为40mA，扫描时间13～16s。
8.如权利要求1所述高强钛合金筒体的制造方法，其特征在于，所述第一层扫描熔化时，电子束的扫描速度为1.2～
...【技术特征摘要】
1.一种高强钛合金筒体的制造方法，其特征在于，具体过程是：
2.如权利要求1所述高强钛合金筒体的制造方法，其特征在于，所述混合粉末中，cu粉末的质量百分比为1.3％～2.8％，tc11钛合金粉末的质量百分比为98.7％～97.2％。
3.如权利要求1所述高强钛合金筒体的制造方法，其特征在于，制备混合粉末时，球磨的转速为300r/min；球料比为3：10。
4.如权利要求1所述高强钛合金筒体的制造方法，其特征在于，所述tc11粉末为球形粉，粒径为48～140μm；所述cu粉末为球形粉，粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：王猛，张立平，李辉，吴军，冯紫微，吴帅，阮任俊，
申请(专利权)人：西安航天动力机械有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。