一种获得大量等轴晶的制造技术

本发明专利技术提供一种获得大量等轴晶的

【技术实现步骤摘要】
一种获得大量等轴晶的3D打印钛合金多级循环热处理的方法及其应用


[0001]本专利技术属于钛合金增材制造
，具体涉及一种获得大量等轴晶的
3D
打印钛合金多级循环热处理的方法，还涉及一种获得大量等轴晶的
3D
打印钛合金多级循环热处理的方法的应用
。

技术介绍

[0002]选区激光熔化
(Selective laser melting,SLM)
是一种基于三维模型数据
、
利用高能激光束逐层选择性熔化金属粉末并直接获得具有任意形状零件的增材制造技术
。
该技术具有精度高
、
成形速度快
、
可打印材料范围广等优点，并且能根据用户不同需求实现个性化定制
。
打印结束后，未熔化的金属粉末还可以再次利用，这大大降低了生产成本
。
钛合金因其比强度高
、
生物相容性好
、
耐腐蚀性强
、
弹性模量低
、
疲劳性能优异被广泛应用于航空航天
、
生物医疗
、
船舶
、
国防等领域
。
由于传统方法生产钛合金存在加工困难
、
材料利用率低
、
生产周期长
、
生产成本高等诸多限制，使得近年来采用
SLM
这种“近净成形”工艺制备钛合金获得了越来越广泛的关注
。
由于/>SLM
过程冷却速度极快
(104‑
106K/s)
，成形样品中通常会出现沿沉积方向生长的柱状晶及其内部的针状马氏体，导致材料的强度高
、
延伸率低而无法满足工业应用需求
。
[0003]大量实验表明，在显微组织中获得一定比例的等轴晶可以显著改善材料的综合力学性能
。
塑性变形
+
退火处理是最常用来球化显微组织的方法，但这无法适用于
SLM
这种“近净成形”技术
。
因此，热处理成为了唯一有效的后处理手段
。
目前针对
SLM
成形钛合金最常用的热处理方法是单一退火处理，即将样品在一定温度下保温一段时间，然后空冷或随炉冷却至室温
。
这种方法虽然可以在样品中获得一定比例的等轴晶，但是由于数量较少，无法显著提升材料的延伸率
。
[0004]一般而言，只有当热处理制度所获得等轴晶的上限超过所需等轴晶比例时，才能获得该上限以下的任意比例的等轴晶
。
相应的，获得等轴晶比例越高，表明对力学性能的调控范围越广，进而能适用的使用环境也更广
。
在此基础上，当要求钛合金材料的强度更高时，可以适当降低等轴晶的比例；而当要求钛合金更高塑性时，可以增加等轴晶的比例，进而实现对于钛合金材料力学性能的灵活调控
。
[0005]基于此，提供一种能够获得大量等轴晶的
3D
打印钛合金热处理的方法，对于提高合金材料力学性能具有重要的意义，也是亟需解决的技术问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种获得大量等轴晶的
3D
打印钛合金多级循环热处理的方法
。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种具有大量等轴晶且力学性能优异的
3D
打印钛合金
。
[0008]本专利技术实现目的之一采用的技术方案是：提供一种获得大量等轴晶的
3D
打印钛合金多级循环热处理的方法，包括以下步骤：
[0009]S1、
将
3D
打印制备的钛合金置于惰性气氛下，于
T1温度进行第一热处理一定时间，得到第一样品；
[0010]S2、
将所述第一样品先升温至
T2温度进行第二热处理一定时间，再升温至
T3温度进行第三热处理一定时间，得到第二样品；
[0011]S3、
将所述第二样品随炉冷却至
T2温度进行第四热处理一定时间，再随炉冷却至
T1温度；
[0012]S4、
将步骤
S1
‑
S3
重复多次，直至获得所需比例等轴晶的第三样品；
[0013]所述
T1温度高于所述钛合金的马氏体分解温度，
T3温度低于钛合金的
β
相变点温度，且
T1<T2<T3。
[0014]本专利技术提供的多级循环热处理的方法的总体思路如下：
[0015]由于选区激光熔化
(Selective laser melting)SLM
过程冷却速度极快，样品形成了极细小的针状马氏体并包含有大量的位错
、
孪晶及亚结构
。
在进行多级循环热处理初期，针状马氏体会发生分解并转换成
α
和
β
相；由于上述晶体学缺陷的存在，部分
α
板条中会出现晶界分裂的现象
。
随着循环次数的增加，晶界分裂逐渐加深，直至板条完全断裂
。
这些断裂的板条随着热处理的进行，逐渐粗化并最终形成等轴晶
。
优选地，步骤
S4
中，步骤
S1
‑
S3
的重复次数为2～
15
次，更优选地，步骤
S1
‑
S3
的重复次数为4～9次
。
[0016]与常规的单一退火处理的方式相比
(
即将样品在一定温度下保温一段时间，然后空冷或随炉冷却至室温
)
，本专利技术采用了三个温度区间内的阶梯循环热处理方法，多阶梯升温和降温更有利于
α
晶粒的球化并且循环次数可以根据需要进行调控，从而获得更高比例的等轴晶粒
。
在三个温度区间的选取上，本专利技术限定了
T1温度高于所述钛合金的马氏体分解温度，
T3温度低于钛合金的
β
相变点温度，且
T1<T2<T3。
其中，
T1温度的设置是为了保证马氏体分解转变成
α
相，有利于后续球化的发生；
T3温度的设置是考虑到当温度超过
β
相变点时，显微组织会明显粗化，从而显著降低材料的综合力学性能；
T2介于
T1和
T3之间，能够起到一个过渡的作用，使板条
α
相的分裂进行得更充分，进而有利于形成更多的等轴晶；同时，中间温度
T2的设置还可以有效降低在
T3温度的处理时间，如果不设置
T2温度，样品需要在
T3温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种获得大量等轴晶的
3D
打印钛合金多级循环热处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
将
3D
打印制备的钛合金置于惰性气氛下，于
T1温度进行第一热处理一定时间，得到第一样品；
S2、
将所述第一样品先升温至
T2温度进行第二热处理一定时间，再升温至
T3温度进行第三热处理一定时间，得到第二样品；
S3、
将所述第二样品随炉冷却至
T2温度进行第四热处理一定时间，再随炉冷却至
T1温度；
S4、
将步骤
S1
‑
S3
重复多次，直至获得所需比例等轴晶的第三样品；所述
T1温度高于所述钛合金的马氏体分解温度，
T3温度低于钛合金的
β
相变点温度，且
T1<T2<T3。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
3D
打印为选区激光熔化工艺；所述钛合金为近
α
型钛合金或
α
+
β
型钛合金
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
T1温度为
700
～
800℃
，
T2温度为
800
～
900℃
，
T3温度为
900
～
1000℃。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成林，汪昌顺，秦翰钊，马力，蔡昂，张国栋，梅青松，杨兵，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：