一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺制造技术

技术编号:20352003 阅读:67 留言:0更新日期:2019-02-16 12:17
本发明专利技术属于增材制造先进航天材料热处理及其制备的大型复杂零件变形控制技术领域,具体涉及一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺,用于保证米级大型结构件增材制造结构件成功制造。采用成形和热处理相互交叉去应力方案,成形1~4和去应力退火1~4交叉进行,流程为:成形1→去应力退火1→成形2→去应力退火2→成形3→去应力退火3→成形4→去应力退火4。本发明专利技术通过去应力热处理保证大型TC11钛合金结构件3D打印成形过程中不发生严重变形或开裂,同时保证产品力学性能满足设计要求。

【技术实现步骤摘要】
一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺
本专利技术属于增材制造先进航天材料热处理及其制备的大型复杂零件变形控制
,具体涉及一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺,用于保证米级大型结构件增材制造结构件成功制造。
技术介绍
激光熔化成形(3D打印)兴起初期由于产品多集中于复杂小型产品,方便快捷及突出的性能是主要考虑因素,变形问题虽存在但未引起足够重视,随着3D打印成形结构件尺寸不断增加,至目前的米级航天结构件,成形过程中出现的变形甚至开裂问题日益凸显,已经引起国内外科研生产单位的高度重视。虽然各国都在展开积极的探索并取得了显著效果,但是出于保密的原因,目前尚无统一标准可以参考。某型号捆绑支座包络尺寸达1400×350×750mm3,采用3D打印成形过程中由于热应力过大出现严重变形甚至开裂现象,严重制约型号任务的顺利交付,成为型号产品生产的瓶颈。去应力退火被认为是一种性价比极高的消除残余热应力,保证成形成功的热处理方法,前期根据3D打印成形产品的材料、结构特点及变形开裂问题,航天一院211厂开展了去应力退火工艺的摸索,并与成形生产部门密切配合不断调整生产工序及相应参数,通过增加中间去应力退火的工艺保证产品的顺利成形,经过多批次产品的反复摸索试验,最终确定了大型米级3D打印成形TC11捆绑支座成形相匹配的去应力退火工艺,该工艺在对产品使用性能不产生不利影响的前提下,最大限度的降低3D打印成形过程中产生的残余热应力,防止成形中途出现大变形甚至开裂现象,实现了大型结构件的成形。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺,通过去应力热处理保证大型TC11钛合金结构件3D打印成形过程中不发生严重变形或开裂,同时保证产品力学性能满足设计要求。为达到上述目的,本专利技术所采取的技术方案为:一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺,采用成形和热处理相互交叉去应力方案,成形1~4和去应力退火1~4交叉进行,流程为:成形1→去应力退火1→成形2→去应力退火2→成形3→去应力退火3→成形4→去应力退火4。成形和去应力退火中间放置时间必须严格控制在4h以内,即在4h以内产品必须入炉开始升温保温;升温速率控制采用阶段升温控制的方式,即室温装炉,随炉升温至200±10℃保温≥0.5h,随后每升温100±10℃保温≥0.5h,升温至规定的保温温度后按照各阶段规定的时间进行保温;保温结束后,随炉降温至150±10℃以下后出炉空冷。所述的成形1高度≤125mm;所应用的结构件高度为750mm。所述的成形2高度≤250mm。所述的成形3高度≤450mm。所述的成形4高度约为750mm。所述的去应力退火1:保温温度550±10℃,保温时间4~6h。所述的去应力退火2:保温温度600±10℃,保温时间4~6h。所述的去应力退火3:保温温度600±10℃,保温时间4~6h。所述的去应力退火4:保温温度850±10℃,保温时间2-3h。本专利技术所取得的有益效果为:经本专利技术大型激光融化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺应用后,实现了该产品的成功成形制造,成形及后续机械加工过程中均未发生开裂问题,同时其力学性能满足设计指标要求,保证了产品质量。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术中工艺设计综合以下几个方面因素实现:(1)去应力退火在成形制造过程中的施加时机必须严格控制,产品成形过程中是残余热应力不断累积的过程,累积量一旦超过材料的屈服强度即发生严重的变形问题,超过抗拉强度时便发生开裂现象,因此去应力退火时机非常重要,前期经过摸索,探索出根据产品成形高度施加四次中间去应力退火的热处理方案;(2)去应力退火参数设定应以不损坏产品最终使用性能为前提,其保温温度和保温时间必须严格控制在材料发生相变温度以下,同时保温时间应充分考虑全流程成形过程四次去应力退火的叠加效应,通过试验摸索制定了各阶段去应力退火参数,同时配合最终双重退火使材料的使用性能满足设计要求;(3)残余应力释放具有自主性和随意性,产品成形后室温放置时间需要严格控制以防止放置过程产品产生滞后开裂;另外,去应力退火过程中热处理炉升温速率必须严格控制,升温过快将使材料迅速软化,导致产品残余应力释放过程产生变形或开裂问题,速度过慢产品生产周期和成本将大幅攀升,不利于产品的研制生产,本专利技术中利用循环空气电炉通过阶梯控温的方式,将升温速率严格控制在一定范围内成功解决了变形及开裂问题。本专利技术所述大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺具体步骤如下:步骤一:去应力退火施加时机本产品高度为750mm左右,为最大限度的保证成形,应采用“成形-热处理”相互交叉去应力方案,本专利技术需产品按照以下流程进行成形(1~4)和去应力退火(1~4)交叉进行:成形1→去应力退火1→成形2→去应力退火2→成形3→去应力退火3→成形4→去应力退火4其中成形1高度≤125mm,成形2高度≤250mm,成形3高度≤450mm,成形4高度约为750mm;步骤二:各阶段去应力退火参数设定不同阶段去应力退火参数应单独设定,前3阶段退火温度不宜太高,以防止保温时间累积对性能造成不利影响,具体为:去应力退火1:保温温度550±10℃,保温时间4~6h;去应力退火2:保温温度600±10℃,保温时间4~6h;去应力退火3:保温温度600±10℃,保温时间4~6h;去应力退火4:保温温度850±10℃,保温时间2~3h;步骤三:放置时间及升/降温速率控制本专利技术中要求“成形→去应力退火”中间放置时间必须严格控制在4h以内,即在4h以内产品必须入炉开始升温保温措施,以防止产品出现滞后开裂现象;升温速率控制采用阶段升温控制的方式,即室温装炉,随炉升温至200±10℃保温≥0.5h,随后每升温100±10℃保温≥0.5h,升温至规定的保温温度后按照各阶段规定的时间进行保温;保温结束后,随炉降温至150±10℃以下后出炉空冷。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺,其特征在于:采用成形和热处理相互交叉去应力方案,成形1~4和去应力退火1~4交叉进行,流程为:成形1→去应力退火1→成形2→去应力退火2→成形3→去应力退火3→成形4→去应力退火4。

【技术特征摘要】
1.一种大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺,其特征在于:采用成形和热处理相互交叉去应力方案,成形1~4和去应力退火1~4交叉进行,流程为:成形1→去应力退火1→成形2→去应力退火2→成形3→去应力退火3→成形4→去应力退火4。2.根据权利要求1所述的大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺,其特征在于:成形和去应力退火中间放置时间必须严格控制在4h以内,即在4h以内产品必须入炉开始升温保温;升温速率控制采用阶段升温控制的方式,即室温装炉,随炉升温至200±10℃保温≥0.5h,随后每升温100±10℃保温≥0.5h,升温至规定的保温温度后按照各阶段规定的时间进行保温;保温结束后,随炉降温至150±10℃以下后出炉空冷。3.根据权利要求1所述的大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺,其特征在于:所述的成形1高度≤125mm;所应用的结构件高度为750mm。4.根据权利要求1所述的大型激光熔化成形TC11钛合金结构件防变形热处理工艺,其特...

【专利技术属性】
技术研发人员:马存强马彦东刘晓霏姜枫叶茂周庆军王淑青王萍杨凯郭凡郭占董万全刘健沈毅军黄艳军
申请(专利权)人:首都航天机械有限公司中国运载火箭技术研究院
类型:发明
国别省市:北京,11

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