一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，包括：A)制备TC4粉末；对成型部件进行切片、扫描处理；B)在基板上铺设TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；C)将所述构件进行退火处理；D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到最终成形构件。本发明专利技术采用特定的激光选区熔化工艺，同时将打印成型的构件先退火后固溶处理，最终制备得到的构件抗拉强度、屈服强度和延伸率较其他工艺均有明显的提升。同时本发明专利技术制备的构件经退火处理，内应力得到充分释放，打印后消除了构件变形的问题，打印精度更高。实验结果表明，本发明专利技术制备的增材制造构件抗拉强度超过了1100MPa；屈服强度超过900MPa；延伸率达到12％以上。

Manufacturing process of TC4 titanium alloy laser selective fusion

The present invention provides a kind of selective laser melting of TC4 titanium alloy increase in material manufacturing process, including: A) the preparation of TC4 powder; slice, the molded part scanning processing; B) the laying of TC4 powder on the substrate, obtained by selective laser melting process print component molding; C) the components were annealed; D) of member of the annealed solid solution treatment, finally forming component. The invention adopts a specific laser selective melting process, and at the same time, after printing and shaping components are annealed and treated after solid solution, the tensile strength, yield strength and elongation of the final components are obviously improved compared with other processes. At the same time, the internal stress of the component prepared by the invention is fully released, and the problem of the deformation of the component is eliminated after printing, and the printing precision is higher. The experimental results show that the tensile strength of the fabricated component made by the invention is more than 1100MPa, the yield strength is more than 900MPa, and the elongation is over 12%.

【技术实现步骤摘要】
一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺
本专利技术涉及金属增材制造
，尤其是涉及一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺。
技术介绍
钛合金具有耐腐蚀性强、耐热性好、弹性模量低、无磁性等诸多特性，经固溶处理再时效强化后的比强度远高于高强度铝合金、镁合金及高温合金，甚至与超高强度钢相当，广泛应用于航空航天、国防军工、船舶、生物医用、化工、汽车等领域。如美国F-22战机上钛合金的用量已高达41％，而铝合金和钢的用量分别只有15％和5％。但是钛合金可加工性差，材料利用率低，成为制约该类合金应用的主要技术瓶颈。激光选区熔化增材制造技术(SLM)是通过高能激光束逐层熔化钛合金粉末，进而实现高性能复杂构件的制造。同时该技术克服了材料加工难、材料利用率低的难题，具有快速成形、强度高等特点。但由于激光选区熔化增材制造是一个快速凝固的过程，导致钛合金构件存在较高的内应力，从而使得钛合金构件的变形十分严重，材料塑形也较差。因此，寻求一种适用于钛合金激光选区熔化增材制造技术的打印及热处理工艺，消除钛合金构件的内应力变形，提高材料塑形是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，本专利技术提供的制造工艺制备得到的构件内应力低，综合力学性能好。本专利技术提供了一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，包括：A)制备TC4粉末；对成型部件进行切片、扫描处理；B)在基板上铺设TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；所述扫描实体的激光功率300～400W，光斑直径50～70μm，扫描轮廓及非实体的激光功率100～200W，实体扫描速度3000～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3000～3600mm/s；所述铺粉层厚20～30μm；C)将所述构件进行退火处理；所述退火处理具体为：升温至800～850℃，保温1～1.5h，随炉冷却至350～400℃；D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到；所述固溶处理具体为：升温至940～960℃，保温1～2h，保温结束后进行水淬，水淬的水温为0～20℃。优选的，步骤A)所述制备TC4粉末的方法选自气体雾化法、离心雾化法、等离子火炬法和球化法中的一种。优选的，步骤A)所述TC4粉末的流动性为≤25s/50g；TC4粉末的粒径为15～53μm。优选的，步骤A)所述切片厚度为10～30μm；所述扫描采用九宫格方式逐层扫描，逐层扫描时偏转角度；偏转角为36～40°。优选的，步骤B)所述基板预热温度为100～200℃；所述铺粉层厚22～30μm。优选的，步骤B)所述扫描实体的激光功率330～400W，光斑直径55～65μm，扫描轮廓及非实体的激光功率110～200W，实体扫描速度3100～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3100～3600mm/s；扫描塔接率为0.06～0.07。优选的，步骤B)所述成型在腔室内成型；所述腔室内为惰性气体；腔室内氧含量低于500ppm；腔室内压力为10～40mbar。优选的，所述步骤B)打印后还包括将构件在腔室内放置3～5h。优选的，步骤C)所述退火处理具体为：3～4h内升温至825～850℃，保温1～1.4h，真空度为4×10-3～5×10-3Pa，随炉冷却至350～400℃；开炉门，继续通气冷却，温度降至100℃以下。优选的，步骤D)所述固溶处理具体为：3～4h内升温至940～955℃，保温1～1.8h，真空度4×10-3～5×10-3Pa，保温结束后进行水淬，水淬要求淬火前水温为0～18℃，转移时间≤5s。与现有技术相比，本专利技术提供了一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，包括：A)制备TC4粉末；对成型部件进行切片、扫描处理；B)在基板上铺设TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；所述扫描实体的激光功率300～400W，光斑直径50～70μm，扫描轮廓及非实体的激光功率100～200W，实体扫描速度3000～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3000～3600mm/s；所述铺粉层厚20～30μm；C)将所述构件进行退火处理；所述退火处理具体为：升温至800～850℃，保温1～1.5h，随炉冷却至350～400℃；D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到；所述固溶处理具体为：升温至940～960℃，保温1～2h，保温结束后进行水淬，水淬的水温为0～20℃。本专利技术采用特定的激光选区熔化工艺，同时将打印成型的构件先退火后固溶处理，最终制备得到的增材制造构件抗拉强度、屈服强度和延伸率均有明显的提升。同时本专利技术制备的构件经退火处理，内应力得到充分释放，打印后消除了构件变形的问题，打印精度更高。实验结果表明，本专利技术制备的增材制造构件抗拉强度超过了1100MPa；屈服强度超过900MPa；延伸率达到12％以上。附图说明图1为本专利技术实施例1打印得到的构件的组织结构；图2为本专利技术实施例1固溶处理得到的构件的组织结构。具体实施方式本专利技术提供了一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，包括：A)制备TC4粉末；对成型部件进行切片、扫描处理；B)在基板上铺设TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；所述扫描实体的激光功率300～400W，光斑直径50～70μm，扫描轮廓及非实体的激光功率100～200W，实体扫描速度3000～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3000～3600mm/s；所述铺粉层厚20～30μm；C)将所述构件进行退火处理；所述退火处理具体为：升温至800～850℃，保温1～1.5h，随炉冷却至350～400℃；D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到；所述固溶处理具体为：升温至940～960℃，保温1～2h，保温结束后进行水淬，水淬的水温为0～20℃。本专利技术提供的TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺首先制备TC4粉末。按照本专利技术，对于TC4粉末不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。制备TC4粉末的方法优选选自气体雾化法、离心雾化法、等离子火炬法和球化法中的一种；更优选为离心雾化法或等离子火炬法；最优选为离心雾化法。本专利技术对于TC4粉末的流动性有要求，所述TC4粉末的流动性优选为≤25s/50g；从而满足本专利技术的激光选区熔化铺粉要求。本专利技术所述粉末在惰性气体保护下通过超声波振动筛粉机进行筛分，防止粉末氧化；本专利技术所述TC4粉末的粒径优选为15～53μm；其中d10控制在18±3μm，d50控制在30±3μm，d90控制在45±3μm。本专利技术通过选择上述TC4粉末的制备方法同时结合特定的粒径使得制备得到的增材制造构件的力学性能更好。本专利技术TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺包括对成型部件进行切片、扫描处理。本专利技术对于所述切片、扫描使用的具体仪器型号和规格以及具体操作方法不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。本专利技术对成形的复杂结构部件进行切片处理；所述切片厚度优选10～30μm；更优选为10～28μm；最优选为10～25μm；最最优选为10～20μm；规划构件扫描路径，采用九宫格方式扫描，逐层扫描时偏转角度，偏转角在36-40°之间。通过本专利技术的切片和扫描方式可以使得增材制造构件的结构更加精确，误差更小，从而提高了打印的精度。切片、扫描完毕后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，其特征在于，包括：A)制备TC4粉末；对成型部件进行切片、扫描处理；B)在基板上铺设TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；所述扫描实体的激光功率300～400W，光斑直径50～70μm，扫描轮廓及非实体的激光功率100～200W，实体扫描速度3000～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3000～3600mm/s；所述铺粉层厚20～30μm；C)将所述构件进行退火处理；所述退火处理具体为：升温至800～850℃，保温1～1.5h，随炉冷却至350～400℃；D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到最终成形构件；所述固溶处理具体为：升温至940～960℃，保温1～2h，保温结束后进行水淬，水淬的水温为0～20℃。

【技术特征摘要】
1.一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造工艺，其特征在于，包括：A)制备TC4粉末；对成型部件进行切片、扫描处理；B)在基板上铺设TC4粉末，采用激光选区熔化工艺打印成型得到构件；所述扫描实体的激光功率300～400W，光斑直径50～70μm，扫描轮廓及非实体的激光功率100～200W，实体扫描速度3000～3600mm/s，轮廓及非实体扫描速度3000～3600mm/s；所述铺粉层厚20～30μm；C)将所述构件进行退火处理；所述退火处理具体为：升温至800～850℃，保温1～1.5h，随炉冷却至350～400℃；D)对所述退火后的构件进行固溶处理，得到最终成形构件；所述固溶处理具体为：升温至940～960℃，保温1～2h，保温结束后进行水淬，水淬的水温为0～20℃。2.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，步骤A)所述制备TC4粉末的方法选自气体雾化法、离心雾化法、等离子火炬法和球化法中的一种。3.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，步骤A)所述TC4粉末的流动性为≤25s/50g；TC4粉末的粒径为15～53μm。4.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，步骤A)所述切片厚度为10～30μm；所述扫描采用九宫格方式逐层扫描，逐层扫描时偏转角度；偏转角为36～40°。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴煜，羊建高，李礼，易志明，吕攀，
申请(专利权)人：湖南顶立科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43