一种钛合金材料激光选区熔化成形性能的评价方法技术

本发明专利技术公开了一种钛合金材料激光选区熔化成形性能的评价方法，涉及激光选区熔化成形技术领域。该方法包括：步骤(1)：制备钛合金铸锭；步骤(2)：对所述钛合金铸锭进行淬火处理；步骤(3)：取力学性能拉伸试棒，对经过步骤(2)处理的钛合金铸锭进行室温拉伸，获得其室温下的延伸率，比较钛合金材料淬火状态的延伸率，评价其可成形性能。采用该方法能够识别钛合金材料的激光选区熔化成形性能，且成本低、流程短、效率高。效率高。效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金材料激光选区熔化成形性能的评价方法


[0001]本专利技术涉及激光选区熔化成形
，具体涉及一种钛合金材料激光选区熔化成形性能的评价方法。

技术介绍

[0002]钛合金作为一种高强度、低密度、耐高温的轻质结构材料，广泛应用于航天飞行器、飞机发动机与机身结构产品的制造。故而，激光选区熔化成形钛合金制件亦是当前航空航天领域应用最为广泛的产品之一。但与高温合金、铝合金、不锈钢不同，钛合金材料在激光选区熔化成形时应力开裂倾向较大，容易导致成形失败，即成形性能较差。且钛合金材料的激光选区熔化成形性能与合金成分密切相关，如纯钛成形时的开裂倾向优于TC4钛合金，TC4优于TA15钛合金。为满制件足激光选区熔化成形需求，在选择钛合金材料时，必须对其成形性能进行评估。但传统的成形性能评估方法，通常采用打印的方式，原材料粉末制备周期长，造成整个评估周期较长、效率低，且由于制粉过程中粉末收得率的问题，造成成本较高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服现有钛合金材料激光选区熔化成形性评估周期长、效率低、成本高等的不足，提出一种能够快速评价钛合金材料激光选区熔化成形性能的方法，采用该方法能够识别钛合金材料的激光选区熔化成形性能，且成本低、流程短、效率高。
[0004]根据本专利技术技术方案，提供一种钛合金材料激光选区熔化成形性能的评价方法，该方法的步骤包括：
[0005]步骤(1)：制备钛合金铸锭；
[0006]步骤(2)：对所述钛合金铸锭进行淬火处理；
[0007]步骤(3)：取力学性能拉伸试棒，对经过步骤(2)处理的钛合金铸锭进行室温拉伸，获得其室温下的延伸率，比较钛合金材料淬火状态的延伸率，评价其可成形性能。
[0008]进一步地，所述步骤(1)具体包括：将原材料利用真空熔炼炉进行2～5次熔炼，得到钛合金铸锭。
[0009]进一步地，所述的步骤(1)中的原材料包括制备钛合金的原料。
[0010]进一步地，所述的步骤(1)的真空熔炼炉包括但不限于真空自耗电弧炉、真空非自耗电弧炉、真空感应熔炼炉、真空电子束冷床炉。
[0011]进一步地，所述的步骤(1)中的钛合金铸锭的长宽高应不小于10mm
×
10mm
×
70mm。
[0012]进一步地，所述步骤(2)具体包括：针对所述钛合金铸锭，利用马弗炉进行20min～2h的保温处理，处理后快速从炉中取出，放入冷却介质中并进行搅拌，使其冷却至室温后取出。
[0013]进一步地，所述步骤(2)中的保温处理温度为T
β
～T
β
+120℃，T
β
为该钛合金材料的相变温度。
[0014]进一步地，所述步骤(2)中的从炉中取出到浸入冷却介质中的时间不应超过10s。
[0015]进一步地，所述步骤(2)中的冷却介质包括但不限于纯水、盐水、液氮、淬火油等。
[0016]进一步地，所述步骤(3)中的力学性能试棒为GB/T 228.1中所规定尺寸的棒装试样。
[0017]进一步地，所述步骤(3)中的力学性能测试按照GB/T 228.1进行，测试应变率不应该超过0.08min
‑1。
[0018]进一步地，所述步骤(3)中延伸率的评价标准为：若材料的延伸率大于5％，则表明该材料激光选区熔化成形性能较为良好；若材料的延伸率低于5％，则该材料的成形性能较差，成形风险较大。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]与现有的钛合金材料激光选区熔化成形性能评价技术相比，本专利技术具有以下的优势：针对钛合金材料，传统的评价方法通过“熔炼
‑
锻造
‑
机加工棒料
‑
制粉
‑
打印”多道工序，评价周期长、效率低、成本高，不利于适用于激光选区熔化的钛合金材料开发。而本专利技术通过利用铸造产品，通过测试其β相区淬火后的室温延伸率，对其激光选区熔化成形性能进行评价，周期极短、效率高、成本低。本专利技术能够快速评价新型钛合金材料的成形性能，从而有效降低激光选区熔化成形钛合金新材料的开发周期。
附图说明
[0021]图1为根据本专利技术实施例的方法流程图；
[0022]图2为实施例中TC4钛合金材料试棒打印效果；
[0023]图3为实施例中TA15钛合金材料试棒打印效果；
[0024]图4为实施例中TC31钛合金材料试棒打印效果。
具体实施方式
[0025]以下结合实施例对本专利技术进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的熟练技术人员可以根据上述本专利技术的内容做出一些非本质的改进和调整。
[0026]以下通过实施例和附图阐述本专利技术具体实施方式。
[0027]激光选区熔化成形时，造成制件开裂的原因是快速冷却产生的热应力超过制件屈服强度，产生的变形超过材料的延伸率而导致的。因此，当制件材料塑性足够高时，即可在残余应力作用时，通过塑性变形协调抑制开裂。对于钛合金而言，其力学性能随着温度的升高呈现强度降低、塑性增加的现象，即温度越高塑性越高。激光选区熔化沉积过程，制件在重复加热和冷却过程中温度范围从室温至熔点以上，故其在室温状态下的塑性是决定其是否在成形过程中发生开裂的核心原因。
[0028]激光选区熔化成形过程冷速极快，可达到淬火效果，故钛合金激光选区熔化成形后的沉积态微观组织呈现淬火马氏体状。该组织与合金经过淬火后微观组织一致，且合金力学性能主要受其微观组织影响，故可选择组织状态相似的淬火态性能表征相同钛合金成分的沉积态性能。
[0029]综上所述，钛合金激光选区熔化成形制件沉积态室温塑性是反映其成形是否开裂
(即可成形性)的关键指标。而沉积态组织与淬火态微观组织一致，均为淬火马氏体组织，故可以选择相同钛合金材料铸件或锻件经过淬火后的室温塑性来表征该钛合金材料的可成形性。
[0030]如图1所示，根据本专利技术技术方案提供的钛合金材料激光选区熔化成形性能的评价方法包括：
[0031]步骤(101)：铸锭制备
[0032]将原材料利用真空熔炼炉进行2～5次熔炼，得到钛合金铸锭。该原材料包括制备钛合金的原料。真空熔炼炉包括但不限于真空自耗电弧炉、真空非自耗电弧炉、真空感应熔炼炉、真空电子束冷床炉。钛合金铸锭的长宽高应不小于10mm
×
10mm
×
70mm。
[0033]步骤(102)：淬火处理
[0034]将步骤(101)得到的钛合金铸锭，利用马弗炉进行20min～2h的保温处理，处理后快速从炉中取出，放入冷却介质中并进行搅拌，使其冷却至室温后取出。
[0035]保温处理温度为T
β
～T
β
+120℃，T
β
为该钛合金材料的相变温度。从炉中取出到浸入冷却介质中的时间不应超过1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛合金材料激光选区熔化成形性能的评价方法，其特征在于，该方法包括：步骤(1)：制备钛合金铸锭；步骤(2)：对所述钛合金铸锭进行淬火处理；步骤(3)：取力学性能拉伸试棒，对经过步骤(2)处理的钛合金铸锭进行室温拉伸，获得其室温下的延伸率，比较钛合金材料淬火状态的延伸率，评价其可成形性能。2.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：将原材料利用真空熔炼炉进行2～5次熔炼，得到钛合金铸锭。3.根据权利要求2所述的评价方法，其特征在于，所述步骤(1)的真空熔炼炉包括但不限于真空自耗电弧炉、真空非自耗电弧炉、真空感应熔炼炉、真空电子束冷床炉。4.根据权利要求2所述的评价方法，其特征在于，所述步骤(1)中的钛合金铸锭的长宽高不小于10mm
×
10mm
×
70mm。5.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：针对所述钛合金铸锭，利用马弗炉进行20min～2h的保温处理，处理后快速...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣，崔照雯，刘程程，刘莹莹，钱远宏，
申请(专利权)人：北京星航机电装备有限公司，
类型：发明
国别省市：