本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，特別是涉及一種用于電子束熔絲增材制造ti80鈦合金構(gòu)件的方法。

背景技術(shù)：

1、鈦及鈦合金憑借其優(yōu)異的耐腐蝕性、高韌性、高比強(qiáng)度、無磁等優(yōu)點(diǎn)，成為海洋工程領(lǐng)域大型裝備用金屬結(jié)構(gòu)件最為理想的選擇材料之一，要升級(jí)海洋工程裝備用結(jié)構(gòu)材料，以鈦代鋼(鎳基合金等)不僅可大幅降低結(jié)構(gòu)件的重量，而且可明顯延長海洋工程裝備的服役壽命，是未來海洋工程裝備結(jié)構(gòu)升級(jí)的主要發(fā)展趨勢(shì)之一，ti80(ti-6al-3nb-2zr-1mo)合金是我國針對(duì)海洋工程領(lǐng)域自主研發(fā)的一種新型鈦合金，是在ti-6al-4v合金的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)zr、nb、mo等元素的種類和含量，提高力學(xué)性能和耐腐蝕性而設(shè)計(jì)的一種近α型ti合金，在深海潛水器、海洋石油平臺(tái)等海洋裝備領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，其拉伸性能、韌性與當(dāng)今用量最大的ti-6al-4v?eli合金的相比，ti80合金的拉伸性能雖然略低于ti-6al-4v?eli合金，但韌性要明顯優(yōu)于ti-6al-4v?eli合金，尤其是沖擊韌性(ak)，憑借優(yōu)異的韌性，ti80合金目前主要被應(yīng)用于制造深潛器的耐壓殼體，傳統(tǒng)的ti80殼體制備工藝為鑄鍛焊和機(jī)加工，考慮到鈦合金熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱性差、高溫下化學(xué)活性強(qiáng)等特性，機(jī)加工時(shí)刀具磨損嚴(yán)重，加工表面質(zhì)量差，是業(yè)界公認(rèn)的難加工材料，因而面臨著難制備、低材料利用率、長周期高成本等一系列挑戰(zhàn)，嚴(yán)重阻礙了海洋工程裝備的深入開發(fā)和探索。

2、近年來，隨著金屬增材制造技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了許多基于不同熱源和原材料的可用技術(shù)，使得擁有復(fù)雜幾何外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的鈦合金構(gòu)件得以實(shí)現(xiàn)，其中，具有高功率熱源的電子束熔絲增材制造技術(shù)適用于大型零件的快速高質(zhì)量制備，其高穿透能力有利于多層重熔，降低孔洞缺陷提高構(gòu)件致密度且能起到隨形退火的作用，而高真空成形環(huán)境有效避免高活性鈦合金污染和夾雜物的引進(jìn)，可大幅提高構(gòu)件內(nèi)部質(zhì)量，此外，相對(duì)于其他以粉末為原材料的增材制造技術(shù)，絲材成分更均勻，價(jià)格更低，沉積效率更高，所獲構(gòu)件性能更好，因而，電子束熔絲增材制造ti80合金具有天然的優(yōu)勢(shì)，為制備高性能大型復(fù)雜ti80合金構(gòu)件帶來了無限可能，在海洋工程裝備領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但是現(xiàn)有技術(shù)制備ti80合金成本高、周期長、效率低、利用率低、氧化嚴(yán)重以及韌性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種用于電子束熔絲增材制造ti80鈦合金構(gòu)件的方法,以解決現(xiàn)有技術(shù)制備ti80合金成本高、周期長、效率低、利用率低、氧化嚴(yán)重以及韌性差的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種用于電子束熔絲增材制造ti80鈦合金構(gòu)件的方法，它包括以下步驟：

4、步驟1：對(duì)打印絲材和增材基板進(jìn)行預(yù)處理；

5、步驟2：基于目標(biāo)ti80合金構(gòu)件建立三維實(shí)體模型，并進(jìn)行切片處理導(dǎo)入；設(shè)置掃描路徑、預(yù)熱參數(shù)以及打印工藝參數(shù)；

6、步驟3：開啟設(shè)備并抽真空至9.9×10-3pa，并按照設(shè)置后的打印參數(shù)和程序進(jìn)行ti80合金打印，完成所有層數(shù)，制備出成形良好、組織致密、性能優(yōu)異的沉積態(tài)ti80合金。

7、更進(jìn)一步的，步驟1中增材基板為ta1純鈦基板，增材基板尺寸為150mm×10mm×10mm，絲材直徑為1.6mm。

8、更進(jìn)一步的，步驟1中對(duì)打印絲材和增材基板進(jìn)行預(yù)處理包括以下步驟：

9、s1：將ti80合金絲材使用丙酮浸泡清洗；

10、s2：將清洗后的合金絲材置于干燥箱中，在60℃的溫度下恒溫烘干4小時(shí)；

11、s3：采用角磨機(jī)對(duì)ta1基板的表面進(jìn)行打磨；

12、s4：先后使用丙酮和酒精擦拭ta1基板的表面,使用丙酮浸泡清洗；

13、s5：將ta1基板置于干燥箱中，在60℃的溫度下恒溫烘干4小時(shí)。

14、更進(jìn)一步的，所述s1中ti80合金絲材成分為al?6.5wt.％，nb?2.2wt.％，zr?2.2％wt.％，mo.0.91wt.％,si≤0.05wt.％，fe≤0.05wt.％，o≤0.09wt.％，n≤0.01wt.％，c≤0.01wt.％，h≤0.01wt.％，其余均為ti元素和不可避免的雜質(zhì)元素，ta1基板成分包含99.9wt.％ti元素和和其他可避免的雜質(zhì)元素組成。

15、更進(jìn)一步的，步驟2中打印絲材的送絲嘴與ta1基板的角度為45°。

16、更進(jìn)一步的，所述步驟2中打印絲材送絲嘴至電子束中心軸的長度為5-10mm。

17、更進(jìn)一步的，步驟2中預(yù)熱參數(shù)：加速電壓為60kv，聚焦電流為1048ma，束流密度為30ma，預(yù)熱打印速度為500mm/min，掃描路徑為循環(huán)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)路徑。

18、更進(jìn)一步的，步驟2中打印工藝參數(shù)：加速電壓為60kv，聚焦電流為1048ma，束流密度為40-50ma，打印速度為500-700mm/min，送絲速度為2m/min，旋鈕控制速度系數(shù)為100％，層間冷卻時(shí)間為30s，掃描路徑為循環(huán)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)路徑。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

20、1、本發(fā)明所提供的制備ti80鈦合金構(gòu)件的方法采用絲材作為打印材料,具有材料成本低,沉積效率高,可快速直接成形復(fù)雜的ti80鈦合金構(gòu)件，并通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù),可以獲得成形良好、組織致密且力學(xué)性能優(yōu)異的ti80合金。

21、2、本發(fā)明所述ti80合金增材制造方法,以電子束為熔化打印絲材的熱源；電子束技術(shù)具有功率大、能量利用率高、適配真空加工環(huán)境以及沉積效率高等優(yōu)點(diǎn)，有效防止打印過程中產(chǎn)生氧化物而影響材料韌性；采用電子束進(jìn)行增材制造的方式,可實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜金屬構(gòu)件的近凈快速成形高質(zhì)量成形,可實(shí)現(xiàn)形性一體化制備，并有效地解決了大尺寸ti80合金構(gòu)件制備的難題。

22、3、本發(fā)明所提供的方法制備得到的ti80合金構(gòu)件致密度高,且無空洞和裂紋等明顯的缺陷，致密度高達(dá)99.99％；

23、4、采用電子束熔絲增材制造的方式,沉積獲得的ti80合金表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能,其拉伸屈服強(qiáng)度達(dá)到740mpa,同時(shí)延伸率高達(dá)16％；同時(shí),沉積態(tài)ti80合金與基板界面間能夠?qū)崿F(xiàn)平滑過渡,無裂紋無翹曲,避免了使用同種成分基板帶來的高額費(fèi)用以及無法大批量生產(chǎn)的問題。

24、5、本發(fā)明提供的ti80合金增材制造方法,具有推廣性,也適用于高熔點(diǎn)高活性合金的快速制備和復(fù)雜構(gòu)件的近凈成形,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)型的結(jié)構(gòu)-性能一體化快速制備，實(shí)用性強(qiáng)。

技術(shù)特征：

1.一種用于電子束熔絲增材制造ti80鈦合金構(gòu)件的方法，其特征在于：它包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電子束熔絲增材制造ti80鈦合金構(gòu)件的方法，其特征在于：步驟1中增材基板為ta1純鈦基板，增材基板尺寸為150mm×10mm×10mm，絲材直徑為1.6mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于電子束熔絲增材制造ti80鈦合金構(gòu)件的方法，其特征在于：步驟1中對(duì)打印絲材和增材基板進(jìn)行預(yù)處理包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于電子束熔絲增材制造ti80鈦合金構(gòu)件的方法，其特征在于：s1中ti80合金絲材成分為al?6.5wt.％，nb?2.2wt.％，zr?2.2％wt.％，mo.0.91wt.％,si≤0.05wt.％，fe≤0.05wt.％，o≤0.09wt.％，n≤0.01wt.％，c≤0.01wt.％，h≤0.01wt.％，ta1基板成分包含99.9wt.％ti元素。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電子束熔絲增材制造ti80鈦合金構(gòu)件的方法，其特征在于：步驟2中打印絲材的送絲嘴與ta1基板的角度為45°。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電子束熔絲增材制造ti80鈦合金構(gòu)件的方法，其特征在于：步驟2中打印絲材送絲嘴至電子束中心軸的長度為5-10mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電子束熔絲增材制造ti80鈦合金構(gòu)件的方法，其特征在于：步驟2中預(yù)熱參數(shù)：加速電壓為60kv，聚焦電流為1048ma，束流密度為30ma，預(yù)熱打印速度為500mm/min，掃描路徑為循環(huán)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)路徑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電子束熔絲增材制造ti80鈦合金構(gòu)件的方法，其特征在于：步驟2中打印工藝參數(shù)：加速電壓為60kv，聚焦電流為1048ma，束流密度為40-50ma，打印速度為500-700mm/min，送絲速度為2m/min，旋鈕控制速度系數(shù)為100％，層間冷卻時(shí)間為30s，掃描路徑為循環(huán)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)路徑。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種用于電子束熔絲增材制造Ti80鈦合金構(gòu)件的方法，屬于增材制造領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有技術(shù)制備Ti80合金成本高、周期長、效率低、利用率低、氧化嚴(yán)重以及韌性差的問題。它包括以下步驟：步驟1：對(duì)打印絲材和增材基板進(jìn)行預(yù)處理；步驟2：基于目標(biāo)Ti80合金構(gòu)件建立三維實(shí)體模型，并進(jìn)行切片處理導(dǎo)入；設(shè)置掃描路徑、預(yù)熱參數(shù)以及打印工藝參數(shù)；步驟3：開啟設(shè)備并抽真空至9.9×10<supgt;?3</supgt;Pa，并按照設(shè)置后的打印參數(shù)和程序進(jìn)行Ti80合金打印，完成所有層數(shù)，制備出成形良好、組織致密、性能優(yōu)異的沉積態(tài)Ti80合金。它主要用于電子束熔絲增材制造。

技術(shù)研發(fā)人員：王亮,朱國強(qiáng),蘇寶獻(xiàn),郭浩,姜博濤,蘇彥慶,陳瑞潤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15