一种基于增材制造的钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于增材制造的钛合金，所述钛合金的各组成成分的质量百分比为：

【技术实现步骤摘要】
一种基于增材制造的钛合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属合金领域，具体涉及一种基于增材制造的钛合金及其制备方法
。

技术介绍

[0002]TC18(Ti
‑
5Al
‑
5Mo
‑
5V
‑
1Cr
‑
1Fe)
是航空航天领域不可缺少的结构钛合金
。TC18
具有低锻造温度
、
高淬透性
、
高强度和高韧性的特点，非常适合应用于航空航天领域
。
目前，
TC18
已经应用于不同型号的飞机部件：苏
‑
27
的主起落架扭力臂和前起落架的左右支架；伊尔
‑
76
的起落架
、
机身部件和襟翼导轨；伊尔
‑
86
和伊尔
‑9的起落架部件
、
翼梁以及横梁；安
‑
124
的起落架部件
、
翼梁
、
横梁以及紧固件和弹簧，波音
‑
777
的襟翼导轨
、
挂架和起落架部件等
。
除此之外，
TC18
也被用于制造主干线客机和大型运输机的大型承力构件以及工作环境小于
350℃
的发动机风扇盘和叶片
。
[0003]尽管
TC18
合金制造飞机构件优势明显，但是高强度带来的一个问题是对缺陷的敏感性，传统熔炼方法引起的不均匀的组织结构及偏析使得铸造
TC18
的利用率大大下降；除此之外，作为飞机的主承力结构，其设计理念要求使用的材料各项性能之间需要匹配，而金属材料性能发展过程中亟待解决的重要问题
——
强塑性倒置问题同样制约着
TC18
钛合金的发展，如何实现强塑性的同步提高，是
TC18
及众多金属材料改性的研究重点
。
[0004]在金属基体中引入增强材料是提高力学性能的有效方法之一，但其仍存在强度与延性的权衡困境
。
这种复合材料中增强体集中分布在晶界处，所以过多的增强体会造成其在晶界处连成陶瓷墙，阻碍基体之间的协调变形，使材料塑性迅速下降
。
但是增强体含量过低时其增加强度的效果又无法充分展现
。
因此，希望通过只引入相对少量的增强剂，影响基体合金中微观组织的演变，从而同时提高基体合金的强度和塑性
。
[0005]金属增材制造技术是一种集
CAD
技术
、
路径算法理论于一体的快速制造成型技术，可实现无模具快速自由成形，多材料任意复合制造，且具有全数字化
、
高柔性的特点
。
增材制造以
3D
模型为基础，通过软件对模型进行切片计算与处理，构建逐层打印路径，通过逐层堆积来获得最终合金零件
。
其中，激光金属沉积技术是以激光为能量源，氩气同步送粉来实现的
。
该技术具有气氛保护
、
操作简便
、
成型效率高
、
成型零件尺寸限制小
、
可用于材料修复等优点
。
近年来，增材制造技术尤其是激光金属沉积
(Laser Metal Deposition)
技术，被认为是用于生产航空航天工业所用钛合金所需的复杂几何形状零件的有前途的技术
。
[0006]因此，本文主要通过引入适量增强相并结合激光金属沉积技术，调控钛合金的微观组织并优化其力学性能
。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种具有较高强度和塑性的基于增材制造的钛合金
。
[0008]本专利技术具体实施例提供了一种基于增材制造的钛合金，所述钛合金的各组成成分的质量百分比为：
Al
：
Al
：4％
‑
5.5
％，
Mo
：4％
‑
5.5
％，
V
：4％
‑
5.5
％，
Cr
：1％
‑
1.5
％，
Fe
：1％
‑
1.5
％，
B
：
0.03
％－
0.15
％，余量为
Ti
；
[0009]所述钛合金的组织结构为网篮结构，且晶界处非连续地分布
TiB
晶须
。
[0010]进一步的，所述
TiB
晶须的尺寸小于1μ
m
，且所述
TiB
晶须为短棒状
。
[0011]进一步的，制备所述钛合金的原料为纳米级
B
粉和微米级
TC18
粉末
。
[0012]进一步的，所述钛合金的平均晶粒尺寸为
20
－
110
μ
m。
[0013]本专利技术通过调节纳米级
B
粉在混合粉末中的质量占比，使得
B
元素与
Ti
元素反应形成尺寸小于1μ
m
的短棒状
TiB
晶须并在钛合金晶界组成非连续的增强相，
TiB
晶须对晶粒生长的抑制作用可以有效地细化晶粒，从而提高钛合金抗拉强度；同时，由于
TiB
晶须尺寸比较小，在合金拉伸断裂过程中，能有效钝化裂纹
、
阻碍裂纹扩展，提高钛合金的延伸率；此外，
TiB
晶须在晶界非连续的生成也消除了部分晶界
α
并增强晶界凝聚力，抑制晶间断裂
。
因此，实现了钛合金强塑性协同提高的目的
。
[0014]进一步的，所述纳米级
B
粉和微米级
TC18
粉末的质量比为0－
0.03
％时，所述钛合金的平均晶粒尺寸为
75
－
110
μ
m
，抗拉强度为
1550
－
1660MPa
，延伸率为
2.5
－
4.9
％
。
[0015]进一步的，所述纳米级
B
粉和微米级
TC18
粉末的质量比为
0.03
％－
0.05
％时，所述钛合金的平均晶粒尺寸为
50
－
75
μ
m
，抗拉强度为
1660
－
1720MPa
，延伸率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于增材制造的钛合金，其特征在于，所述钛合金的各组成成分的质量百分比为：
Al
：4％
‑
5.5
％，
Mo
：4％
‑
5.5
％，
V
：4％
‑
5.5
％，
Cr
：1％
‑
1.5
％，
Fe
：1％
‑
1.5
％，
B
：
0.03
％－
0.15
％，余量为
Ti
；所述钛合金的组织结构为网篮结构，且晶界处非连续的分布
TiB
晶须
。2.
根据权利要求1所述的基于增材制造的钛合金，其特征在于，所述
TiB
晶须的尺寸小于1μ
m
，且所述
TiB
晶须为短棒状
。3.
根据权利要求1所述的基于增材制造的钛合金，其特征在于，制备所述钛合金的原料为纳米级
B
粉和微米级
TC18
粉末
。4.
根据权利要求3所述的基于增材制造的钛合金，其特征在于，所述纳米级
B
粉和微米级
TC18
粉末的质量比为0‑
0.03
％时，平均晶粒尺寸为
75
～
110
μ
m
，所述钛合金的抗拉强度为
1550
‑
1660MPa
，延伸率为
2.5
‑
4.9
％
。5.
根据权利要求3所述的基于增材制造的钛合金，其特征在于，所述纳米级
B
粉和微米级
TC18
粉末的质量比为
0.03
％
‑
0.05
％时，平均晶粒尺寸为
50
～
75
μ
m
，所述钛合金的抗拉强度为
1660
‑
1720MPa
，延伸率为

【专利技术属性】
技术研发人员：魏晓，晏留松，陈琳，杨弯弯，刘成，金凯航，张泽，
申请(专利权)人：浙江省科创新材料研究院，
类型：发明
国别省市：