一种增材制造用高强塑积Ti-Nb-Zr-Cr-Fe亚稳β钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种增材制造用高强塑积Ti

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用高强塑积Ti
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Nb
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Zr
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Cr
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Fe亚稳
β
钛合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种增材制造用高强塑积Ti
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Nb
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Zr
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Cr
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Fe亚稳β钛合金及其制备方法，属于增材制造亚稳钛合金


技术介绍

[0002]钛合金属于难加工金属，对于形状结构复杂或者单件的钛合金构件，目前已经大量采用增材制造成形。钛合金激光增材制造组织为非平衡凝固铸态组织，往往存在气孔、夹杂，冷却过程中溶质再分配现象会引起成分偏析，并且由于复杂的温度及应力应变循环，材料组织及性能的均匀性较差。对于传统钛合金，其塑性较低，力学行为对缺陷较为敏感，因此，增材制造构件的力学性能往往难以满足使用需求，该问题成为影响钛合金增材制造进一步广泛应用的瓶颈问题之一。
[0003]已有研究发现，亚稳β钛合金具有良好的塑性，该类合金的力学行为对小尺寸的缺陷不敏感，因此，如能采用增材制造技术实现亚稳β钛合金构件的增材制造，则有望消除增材制造引入缺陷对构件的负面效应。
[0004]尽管亚稳β钛合金已有较多研究，如专利申请号为2021105494652，名称为“一种增强增韧亚稳β钛合金及其制备方法”，公开了该增强增韧亚稳β钛合金各元素成分为：Al：3.7%~5.0%，Mo：4.7%~6.0%，V：4.5%~5.5%，Cr：4.5%~6.0%，Nb：0.5%~2.0%，O：0.05%~0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质，杂质元素总量不超过0.15%，以上组分重量百分比之和为100%。通过三次真空自耗熔炼、锻造、固溶时效热处理制备。但是并没有对亚稳β钛合金增材进行研究。
[0005]目前采用增材制造方法制备亚稳β钛合金的研究仍然很不充分，仅有少量工作被报道。目前已报道文献中，增材制造专用亚稳β钛合金的设计、制备工艺、后处理工艺等均未见系统讨论。因此，开发适用于增材制造的专用亚稳β钛合金，探索其工艺参数及后处理方法，具有重要意义。

技术实现思路

[0006]针对现有钛合金增材制造工艺性能较差的现状，本专利技术提供一种增材制造用高强塑积Ti
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Nb
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Zr
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Cr
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Fe亚稳β钛合金及其制备方法。该亚稳β钛合金具有良好的成形性，制备获得的块体材料无气孔、偏析等缺陷，同时具有较高的强度和突出的塑性，延伸率≥30%。
[0007]本专利技术通过以下技术方案实现。
[0008]一种增材制造用高强塑积Ti
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Nb
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Zr
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Cr
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Fe亚稳β钛合金，该亚稳β钛合金包括以下质量百分比组分：Nb：22~29%；Zr：3~10%；Cr：1~8%；Fe：0.1%~5%；Ti：余量；以上组分质量百分比之和为100%。
[0009]所述该亚稳β钛合金主要微观结构为体心立方等轴β晶粒。
[0010]一种增材制造用高强塑积Ti
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Nb
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Zr
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Cr
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Fe亚稳β钛合金的粉末制备方法，其具体
步骤包括：步骤1、将Ti、Nb、Zr、Cr和Fe分别制备得到对应的金属圆柱颗粒；步骤2、将步骤1制备得到的金属圆柱颗粒混合均匀，在真空熔炼炉中熔化得到熔融金属液；步骤3、以氩气作为雾化介质，将步骤2得到的熔融金属液喷吹到雾化室中，在4~8MPa的压力下雾化5~15分钟，冷却凝固后得到金属粉末，过筛，得到粒度为100~200μm的增材制造用高强塑积Ti
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Nb
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Zr
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Cr
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Fe亚稳β钛合金的粉末。
[0011]所述步骤1中金属圆柱颗粒直径为3
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10mm。
[0012]所述步骤2中真空熔炼炉熔化温度为2500~2600℃，真空度为0.6
×
10
‑3Mpa。
[0013]一种增材制造用高强塑积Ti
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Nb
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Zr
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Cr
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Fe亚稳β钛合金的粉末制造增材的方法：将增材制造用高强塑积Ti
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Nb
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Zr
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Cr
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Fe亚稳β钛合金的粉末放入送粉设备中，采用同轴送粉方式激光增材制造，对上述粉末进行成型加工，主要工艺为：激光功率2400W，扫描速率600mm/min，送粉速率10g/min，光斑直径2.8mm，搭接率50%，整个沉积过程在氩气仓内进行。
[0014]上述亚稳β钛合金塑性变形机制为应变孪生。
[0015]本专利技术增材制造用亚稳β钛合金中所包含的元素粉末作用如下：铌（Nb）：β稳定元素，稳定β相，降低β转变温度，使β相可以保留至室温。
[0016]锆（Zr）：中性元素，抑制增材制造过程中ω相的析出。
[0017]铬（Cr）：β稳定元素，稳定β相，其稳定β相的能力大于Nb元素，具有较强的固溶强化作用。
[0018]铁（Fe）：具有两方面作用，一方面，β稳定元素；另一方面起到固溶强化的作用，可大幅提高合金强度，是最终合金获得高强度的关键原因。
[0019]本专利技术的有益效果是：1）本专利技术的合金具有优秀的塑性。通过对合金成分的设计和相关元素粉末的控制，调控了合金β稳定性，在变形过程中引入了应变孪生效应，提高了合金对成型过程中可能产生缺陷的容忍度，使合金获得优秀塑性，提高其损伤容限，有效避免了增材制造缺陷对钛合金增材制造件应用的负面影响。
[0020]2）本专利技术的合金具有良好的强度。通过恰当的元素设计，在保证合金塑性的前提下，显著提高了合金的强度。合金同时具有良好的强度和塑性，具有良好的应用前景。
[0021]3）本专利技术的合金具有良好的增材制造工艺性能。所涉及合金的凝固温度区间窄，增材制造过程过程中，熔池流动性良好，无宏观气孔、未熔及偏析等缺陷存在，无需再进行等静压等复杂的后处理。
附图说明
[0022]图1实施例1制备得到的Ti
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Nb
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Zr
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Cr
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Fe增材试样宏观形貌实物图；图2实施例1制备得到的Ti
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Nb
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Zr
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Fe板状拉伸试样尺寸；图3实施例1制备得到的Ti
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Nb
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Fe应力
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应变曲线；图4实施例1制备得到的Ti
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Nb
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Fe试样微观组织光学显微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用高强塑积Ti
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Nb
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Zr
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Cr
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Fe亚稳β钛合金，其特征在于：该亚稳β钛合金包括以下质量百分比组分：Nb：22~29%；Zr：3~10%；Cr：1~8%；Fe：0.1%~5%；Ti：余量；以上组分质量百分比之和为100%。2.根据权利要求1所述的增材制造用高强塑积Ti
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Nb
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Zr
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Fe亚稳β钛合金，其特征在于：所述该亚稳β钛合金主要微观结构为体心立方等轴β晶粒。3.一种根据权利要求1所述的增材制造用高强塑积Ti
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Nb
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Zr
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Cr
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Fe亚稳β钛合金的粉末制备方法，其特征在于具体步骤包括：步骤1、将Ti、Nb、Zr、Cr和Fe分别制备得到对应的金属圆柱颗粒；步骤2、将步骤1制备得到的金属圆柱颗粒混合均匀，在真空熔炼炉中熔化得到熔融金属液；步骤3、以氩气作为雾化介质，将步骤2得到的熔融金属液喷吹到雾化室中，在4~8MPa的压力下雾化5~15分钟，冷却凝固后得到金属粉末，过筛，得到粒度为100~200μm的增材制造用高强塑积Ti
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Nb
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Zr
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Cr
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F...

【专利技术属性】
技术研发人员：方金祥，王嘉璇，何浩天，赵庚，陆见光，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：