一种TiAl合金电子束选区熔化过程中调控组织的方法技术

本发明专利技术公开了一种TiAl合金电子束选区熔化过程中调控组织的方法，包括以下步骤：一、将三维模型进行均匀分层并导入成形设备；二、在成形设备内装入合金粉末并放置成形基板和抽真空；三、将成形基板进行加热后铺设一层合金粉末，得到合金粉末；四、对合金粉末进行预热；五、将预热合金粉末采用电子束熔化；六、将沉积层利用高速扫描电子束进行加热；七、在一层产品上均匀铺设一层合金粉末；八、重复四至七，得到TiAl合金产品。本发明专利技术通过在每一层制备过程最后增加了加热的过程，减少了合金中的脆性相，使得到的TiAl产品成形缺陷少，主要组织由典型的等轴γ相和片层状(α2+γ)相构成，脆性相含量小，相尺寸细小并且分布均匀。相尺寸细小并且分布均匀。相尺寸细小并且分布均匀。

【技术实现步骤摘要】
一种TiAl合金电子束选区熔化过程中调控组织的方法


[0001]本专利技术属于电子束选区熔化增材制造
，具体涉及一种TiAl合金电子束选区熔化过程中调控组织的方法。

技术介绍

[0002]TiAl金属化合物合金密度仅3.8～4.0g/cm3，是镍基高温合金的1/2，比钛合金还低10％～15％；室温弹性模量高达160～170GPa，比钛合金高33％，而且弹性模量在750℃高温下还能保持150GPa，与GH4169高温合金相当；TiAl合金还具有高比强度，室温至800℃强度保持率达80％；同时高蠕变抗力、优异的抗氧化和阻燃性能，可在760～800℃长期工作，是非常有发展前途的轻质高温结构材料，可广泛应用于航空发动机或汽车的高温部件如叶片、涡轮盘，气门阀等。
[0003]电子束选区熔化(electronbeammelting，EBM)增材制造技术可以实现三维复杂结构零部件的无模具、高性能的快速制备。其原理为：基于离散/堆积成形原理，利用计算机得到零部件的三维CAD实体模型，然后利用分层软件在部件高度方向进行分层切片，并将部件的三维轮廓信息转化为二维轮廓信息，并生成扫描路径。电子枪发射的高能电子束根据指定的扫描路径，逐层熔化沉积预置的金属或合金粉末，层层堆积形成三维零件。EBM方法经济、快速，特别适用于难加工、高性能难熔金属或合金零件的制备。
[0004]已有研究发现，电子束选区熔化技术制备的TiAl合金产品室温力学强度性能良好，但塑性不佳。通过对产品进行热处理的方法可以提高塑性，但会导致金属组织粗化，强度降低。此外，热处理过程增加工序降低了研制效率，提高了制造成本。对TiAl合金增材制造在应用方面的推广尤为重要。
[0005]目前，我国在电子束选区熔化技术方面与国外基本处于同一发展阶段。电子束选区熔化制备TiAl合金技术的应用推广到了关键环节。在这样的背景和契机下，解决上述电子束选区熔化制备TiAl合金强度与塑性之间矛盾的问题，该技术的发展和应用显得尤为关键。
[0006]因此，需要一种TiAl合金电子束选区熔化过程中调控组织的方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种TiAl合金电子束选区熔化过程中调控组织的方法。该方法通过在每一层制备过程最后增加了加热的过程，减少了合金中的脆性相，提高了合金塑性的同时保持了良好的强度，实现了合金综合性能的全面提升，使得到的TiAl产品成形缺陷少，主要组织由典型的等轴γ相和片层状(α2+γ)相构成，脆性相含量小，相尺寸细小并且分布均匀，这样制备的TiAl合金无需通过成形之后的热处理来调整合金组织，减少了加工工序，缩短了研制周期，降低了制造成本。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种TiAl合金电子束选区熔化过程中调控组织的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0009]步骤一、将待加工TiAl合金产品的三维模型沿高度方向进行均匀分层处理，得到二维切片数据，然后将二维切片数据导入电子束选区快速成形设备中，得到具有成型数据的电子束选区快速成形设备；所述二维切片数据中切片的厚度为30μm～150μm；
[0010]步骤二、在步骤一中得到的具有成型数据的电子束选区快速成形设备内装入TiAl合金粉末，然后将成形基板放置于电子束选区快速成形设备成形腔内的可升降平台上，再对成形腔内进行抽真空，得到待加工设备；
[0011]步骤三、将步骤二中得到的待加工设备中对成形基板进行加热，然后在成形基板上均匀铺设一层TiAl合金粉末，得到合金粉末；所述合金粉末的厚度与步骤一中切片的厚度相同；
[0012]步骤四、对步骤三中得到的合金粉末采用电子束进行预热，得到预热合金粉末；
[0013]步骤五、将步骤四中得到预热合金粉末采用电子束熔化合金粉末，得到沉积层；
[0014]步骤六、将步骤五中得到的沉积层利用高速扫描电子束对包括熔化区域的整个粉末层进行加热，得到一层加热后的TiAl合金；
[0015]步骤七、将成形基板下降，然后在步骤六中得到的一层加热后的TiAl合金上均匀铺设一层TiAl合金粉末，在一层加热后的TiAl合金上得到合金粉末；
[0016]步骤八、重复步骤四至步骤七，得到TiAl合金产品。
[0017]本专利技术将待加工TiAl合金产品的三维模型沿高度方向进行均匀分层处理，得到若干层厚度一直的切片，切片包含产品的横截面轮廓信息和扫描加工路径，即二维切片数据，将二维切片数据导入电子束选区快速成形设备，并装入TiAl合金粉末放入成形基板，将成形腔内进行抽真空至真空度不大于5
×
10
‑2Pa，得到待加工设备，完成电子束选区熔化的准备工作，本专利技术通过对成形基板采用电子束进行加热在使后续放入的合金粉末得到一个初始温度，奠定环境温度基础，便于后续进行预热，通过铺粉和对合金粉末采用电子束进行预热，使合金粉末的成形温度在稳定范围内，并且防止粉末飞溅、维持环境温度，通过采用电子束熔化合金粉末，电子束流扫描到的合金粉末熔化形成熔池并随着电子束流的离开而迅速沉积得到沉积层，通过将沉积层采用高速扫描电子束对包括熔化区域的整个粉末层进行加热调控合金组织，在沉积层熔化之后的凝固阶段，通过加热的方式直接干预TiAl合金组织的形成，实现组织的调控，通过层层堆积完成整个产品的加工，本专利技术通过使每一层加热后的TiAl合金都是通过铺粉
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预热
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熔化
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加热
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下一层再铺粉
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预热
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熔化
‑
加热，这样循环往复调控TiAl合金的组织，使得到的TiAl产品成形缺陷少，主要组织由典型的等轴γ相和片层状(α2+γ)相构成，脆性相含量小，相尺寸细小并且分布均匀。
[0018]上述的一种TiAl合金电子束选区熔化过程中调控组织的方法，其特征在于，步骤二中所述TiAl合金粉末以原子百分比计为Ti
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48Al
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2Cr
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2Nb，所述TiAl合金粉末呈球形或近球形，粒径不大于150μm。本专利技术通过控制TiAl合金粉末的组成保证了制备产品的组成和性能，通过控制TiAl合金粉末的球形度和粒径保证了制备产品的性能。
[0019]上述的一种TiAl合金电子束选区熔化过程中调控组织的方法，其特征在于，步骤二中所述成形基板的材质为不锈钢，所述成形基板的厚度为5mm～30mm。本专利技术通过采用不锈钢材质的成形基板不与TiAl合金粉末发生反应，导热快便于加热和传热，并且通过控制厚度保证强度，保证了TiAl合金电子束选区熔化过程稳定进行。
[0020]上述的一种TiAl合金电子束选区熔化过程中调控组织的方法，其特征在于，步骤
三中所述对成形基板进行加热的温度为900℃～1100℃。本专利技术通过控制对成形基板进行加热的温度保证了成形基板具有合适的温度，对后续放在成形基板上的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiAl合金电子束选区熔化过程中调控组织的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将待加工TiAl合金产品的三维模型沿高度方向进行均匀分层处理，得到二维切片数据，然后将二维切片数据导入电子束选区快速成形设备中，得到具有成型数据的电子束选区快速成形设备；所述二维切片数据中切片的厚度为30μm～150μm；步骤二、在步骤一中得到的具有成型数据的电子束选区快速成形设备内装入TiAl合金粉末，然后将成形基板放置于电子束选区快速成形设备成形腔内的可升降平台上，再对成形腔内进行抽真空，得到待加工设备；步骤三、将步骤二中得到的待加工设备中对成形基板进行加热，然后在成形基板上均匀铺设一层TiAl合金粉末，得到合金粉末；所述合金粉末的厚度与步骤一中切片的厚度相同；步骤四、对步骤三中得到的合金粉末采用电子束进行预热，得到预热合金粉末；步骤五、将步骤四中得到预热合金粉末采用电子束熔化合金粉末，得到沉积层；步骤六、将步骤五中得到的沉积层利用高速扫描电子束对包括熔化区域的整个粉末层进行加热，得到一层加热后的TiAl合金；步骤七、将成形基板下降，然后在步骤六中得到的一层加热后的TiAl合金上均匀铺设一层TiAl合金粉末，在一层加热后的TiAl合金上得到合金粉末；步骤八、重复步骤四至步骤七，得到TiAl合金产品。2.根据权利要求1所述的一种TiAl合金电子束选区熔化过程中调控组织的方法，其特征在于，步骤二中所述TiAl合金粉末以原子百分比计为Ti
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48Al
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2Cr
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2Nb，所述TiAl合金粉末呈...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘楠，王建，牛京喆，杨广宇，刘海彦，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：