一种钛合金CMT—脉冲—热处理复合增材制造方法技术

本发明专利技术公开一种钛合金CMT—脉冲—热处理复合增材制造方法，采用CMT—脉冲程序进行钛合金电弧制造，并对CMT钛合金增材制造后的钛合金沉积零件，进行热处理。热处理后钛合金的显微组织明显改善。在600℃4h条件下，钛合金沉积零件内部的应力得到释放，显微组织上为平行集束组织和网篮组织，极限抗拉强度获得增加；在900℃2h条件下，消除可能的沉淀硬化并形成稳定的初始状态，组织上仍是平行集束组织和网篮组织的混合体，维氏硬度获得增加。

A manufacturing method of titanium alloy CMT pulse heat treatment composite additive

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金CMT—脉冲—热处理复合增材制造方法
本专利技术属于增材制造
，更加具体地说，本专利技术利用冷金属过渡(coldmetaltransfer，CMT)进行钛合金CMT+P沉积零件增材制造(即CMT和脉冲混合复合进行增材制造)，并采用两种热处理手段提高钛合金沉积零件的性能。
技术介绍
航空航天工业中钛的使用持续增长。CMT+P焊是在CMT焊接技术的基础上改进的新工艺，是将传统CMT焊和脉冲MIG焊结合的焊接工艺，改变了整个焊接过程。采用CMT+P的增材制造模式可以使钛合金得到更广泛的应用。在增材制造中，材料会经历复杂的热循环。许多增材制造过程导致亚稳定的微观结构和非平衡相，每层沉积材料的组织甚至都会不同。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钛合金CMT—脉冲—热处理复合增材制造方法，采用CMT和脉冲的复合电弧增材制造钛合金构件的同时，提供改善钛合金性能的热处理方式。通过热处理不同加热温度和保温时间，对成形件内部组织改善，从而改善钛合金沉积零件的性能。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现：一种钛合金CMT—脉冲—热处理复合增材制造方法，采用CMT和脉冲相结合的程序进行钛合金进行增材制造，再对CMT钛合金增材制造后的钛合金沉积零件进行热处理如下：(1)自室温20—25℃以每分钟1—5摄氏度的升温速度升温至600±5℃，在空气气氛中保温1—5小时，然后以每分钟1—2摄氏度的降温速度降至室温20—25℃；(2)自室温20—25℃以每分钟1—5摄氏度的升温速度升温至900±5℃，在空气气氛中保温1—5小时，然后以每分钟1—2摄氏度的降温速度降至室温20—25℃。在第一种热处理情况时，热处理后钛合金的显微组织明显改善，CMT钛合金增材制造内部的应力得到释放，显微组织上为平行集束组织和网篮组织。在第二中热处理情况时，热处理后钛合金的显微组织明显改善，消除可能的沉淀硬化并形成稳定的初始状态，组织上仍是平行集束组织和网篮组织的混合体。在上述技术方案中，CMT冷金属过渡焊采用钛合金CMT和脉冲相结合程序，峰值电流：330A-340A，平均电压：17V-19V，送丝速度为5-7m/min，焊枪总体行走速度为0.3—0.5m/min，气体流量为10—20L/min。在上述技术方案中，CMT冷金属过渡焊采用钛合金CMT和脉冲相结合程序，峰值电流：330A-335A，平均电压：18V-19V，送丝速度为5-6m/min，焊枪总体行走速度为0.3—0.4m/min，气体流量为15—20L/min。在上述技术方案中，采用多层单道的方式重复进行CMT堆焊，构造钛合金沉积零件。在上述技术方案中，在进行热处理如下：(1)自室温20—25℃以每分钟1—5摄氏度的升温速度升温至600±5℃，在空气气氛中保温2—4小时，然后以每分钟1—2摄氏度的降温速度降至室温20—25℃；(2)自室温20—25℃以每分钟1—5摄氏度的升温速度升温至900±5℃，在空气气氛中保温1—2小时，然后以每分钟1—2摄氏度的降温速度降至室温20—25℃。采用本专利技术的处理方式均可实现CMT和脉冲复合增材制造沉积零件，且在经过热处理后CMT增材制造沉积零件的性能得到改善，由于热处理后，试件内部晶粒长大，晶粒变得均匀且粗大，钛合金沉积构件的性能得到改善。经测试，600℃4h条件下钛合金CMT+P增材沉积零件维氏硬度与无处理钛合金CMT+P增材沉积零件相比平均增加8％-10％；900℃2h条件下钛合金CMT+P增材沉积零件维氏硬度与无处理钛合金CMT+P增材沉积零件相比平均增加4％-7％；600℃4h条件下钛合金CMT+P增材沉积零件极限抗拉强度与无处理钛合金CMT+P增材沉积零件相比平均增加8％-10％。附图说明图1为本专利技术采用CMT+P程序进行增材制造过程示意图。图2为本专利技术拉伸试样尺寸示意图。图3为利用本专利技术技术方案的CMT+P钛合金增材制造零件实物图。图4为钛合金CMT+P增材制造零件与热处理后增材制造零件横截面SEM形貌，其中(a)无处理钛合金CMT+P增材组织；(b)为600℃4h钛合金增材组织；(c)为900℃2h钛合金增材组织。图5为钛合金CMT+P增材制造零件在无处理与热处理后的维氏硬度分布曲线图。图6为钛合金CMT+P增材制造零件在无处理与热处理后的极限抗拉强度对照图。图7为本专利技术实施例中使用的钛合金CMT+P程序控制波形图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案：本专利技术涉及的金属电弧增材制造实验基板为钛合金TC4，基板尺寸为200×50×4mm3，焊丝选用直径为1.2mm的TC4焊丝。采用钛合金程序，冷金属过渡技术进行钛合金电弧增材制造试验。本实验所采用的焊接方案使用奥地利福尼斯公司生产的第二代CMT焊接设备Advanced4000R和MOTOMANNX100/HP6机器人集成焊接系统上完成的，采用CMT和脉冲结合程序进行CMT+P的钛合金电弧增材制造。其主要实现步骤如下：1试验前用不锈钢丝刷将钛合金基板上的氧化膜去除，直到露出银白色的金属光泽，用酒精将施焊处表面的油污和脏物清洗干净，氧化膜清除后，应在2h内施焊，以免再生成新的氧化膜；钛板及焊丝的化学成分如下表所示。2设定焊接参数，送丝速度为6m/min，焊枪总体行走速度为0.3m/min，气体流量为20L/min，如附图1所示，进行往复CMT+P的复合增材制造，形成钛合金CMT+P的增材制造零件，如附图3所示；3将钛合金CMT+P增材制造的试样和热处理后增材制造的试样通过线切割将其切下，进行对比，如附图4所示，包括：(a)无处理钛合金CMT+P增材组织b)为600℃4h钛合金CMT+P增材组织(c)为900℃2h钛合金CMT+P增材组织。钛合金增材组织。如附图4所示，热处理后晶粒尺寸明显增加。钛合金CMT增材制造零件4.采用相同工艺参数进行铝合金的CMT+P增材制造，再利用线切割按照附图1和2所示的形状和尺寸将样品切下，进行不同条件的热处理，这样就分别得到未无处理的CMT+P增材沉积零件和热处理后的增材沉积零件，其中纵向拉伸试样的长度方向垂直于基材表面，即纵向拉伸试样在长度方向上跨过(含有)多道增材制造沉积的焊层。将切好的拉伸试样和硬度试样进行维氏硬度和拉伸试验，拉伸试样如附图2所示，硬度试样的长度和宽度与拉伸试样保持一致。5.维氏硬度试验维氏硬度试验在MMU-5G维氏硬度试验机上进行。本实验参数为：500gf载荷，保持时间为15S。如附图5所示，600℃4h条件下和900℃2h条件下的平均维氏硬度均明显高于无处理钛合金CMT+P增材沉积零件。其中，无处理钛合金CMT+P增材沉积零件与600℃4h条件下钛合金CMT+P增材沉积零件相比，平均维氏硬度从388.89HV变到420.94HV，增加8％；无处理钛合金CM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金CMT—脉冲—热处理复合增材制造方法，其特征在于，采用CMT和脉冲相结合的程序进行钛合金进行增材制造，再对CMT钛合金增材制造后的钛合金沉积零件进行热处理如下：/n(1)自室温20—25℃以每分钟1—5摄氏度的升温速度升温至600±5℃，在空气气氛中保温1—5小时，然后以每分钟1—2摄氏度的降温速度降至室温20—25℃；/n(2)自室温20—25℃以每分钟1—5摄氏度的升温速度升温至900±5℃，在空气气氛中保温1—5小时，然后以每分钟1—2摄氏度的降温速度降至室温20—25℃。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛合金CMT—脉冲—热处理复合增材制造方法，其特征在于，采用CMT和脉冲相结合的程序进行钛合金进行增材制造，再对CMT钛合金增材制造后的钛合金沉积零件进行热处理如下：
(1)自室温20—25℃以每分钟1—5摄氏度的升温速度升温至600±5℃，在空气气氛中保温1—5小时，然后以每分钟1—2摄氏度的降温速度降至室温20—25℃；
(2)自室温20—25℃以每分钟1—5摄氏度的升温速度升温至900±5℃，在空气气氛中保温1—5小时，然后以每分钟1—2摄氏度的降温速度降至室温20—25℃。


2.根据权利要求1所述的一种钛合金CMT—脉冲—热处理复合增材制造方法，其特征在于，在进行热处理如下：
(1)自室温20—25℃以每分钟1—5摄氏度的升温速度升温至600±5℃，在空气气氛中保温2—4小时，然后以每分钟1—2摄氏度的降温速度降至室温20—25℃；
(2)自室温20—25℃以每分钟1—5摄氏度的升温速度升温至900±5℃，在空气气氛中保温1—2小时，然后以每分钟1—2摄氏度的降温速度降至室温20—25℃。


3.根据权利要求1或者2所述的一种钛合金CMT—脉冲—热处理复合增材制造方法，其特征在于，CMT冷金属过渡焊采用钛合金CMT和脉冲相结合程序，峰值电流：330A-340A，平均电压：17V-19V，送丝速度为5-7m/min，焊枪总体行走速度为0.3—0.5m/min，气...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡绳荪，勾健，申俊琦，田银宝，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12