一种利用TA15钛合金边角料的零件制造方法技术

一种利用ＴＡ１５钛合金边角料的零件制造方法，其特征在于：采用真空非接触等离子熔化，将ＴＡ１５钛合金板材、棒材或锻件机械加工后所剩余的块体边角料氩气雾化制成粉末，以粉末雾化态真空罐装；利用激光按零件数模将钛合金粉末逐层熔化沉积，直至堆积成所设计的零件毛坯；本发明专利技术首次创造性地利用激光熔化沉积（激光快速成形）技术，实现了ＴＡ１５钛合金边角料的循环使用，而且不需要再次熔炼和锻轧，即可制造出合格的零件，并且零件的组织、成分、性能与用合格成品料所制成的零件完全相同，达到甚至超过锻件水平。材料利用率显著提高，制造成本大幅度降低，仅为传统制造工艺制件的１／４，为合格成品料按激光熔化沉积所制件成本的１／２。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用钛合金边角料进行再制造技术，特别提供了一种利用 TA15钛合金边角料的零件制造方法。
技术介绍
钛合金是现代飞机主承力结构的重要结构材料，军用飞机钛合金用量 甚至达到全机结构重量的20% 41%，其中TA15钛合金常被选用作为骨 干材料之一。它具有中等的室温和高温强度、良好的热稳定性和焊接性能， 其半成品有薄板、厚板、轧棒、锻棒、模锻件、锻件、铸件等，主要用于 飞机中的加强框、梁、接头、壁板、长桁、紧固件等。TA15钛合金综合性能优异，对于减轻结构重量、提高结构效率、改善 结构可靠性、提高机体寿命、满足高温和高载以及腐蚀环境要求等能发挥 重要作用。但是，这种材料制件的成本很高，例如TA15厚板达500元人民币/千 克，锻件达800元人民币/千克；钛合金的工艺性很差，其机械加工比铝合 金和结构钢要困难得多，效率非常低下，例如钛合金的经济切削速度仅为 铝合金的4.2%，而且需要专用特种刀具；钛合金飞机制件的材料利用率很 低，仅为8% 10%。上述因素综合，亦即一方面其材料和制造成本很高， 而另一方面材料利用率极低，浪费非常严重，最终导致钛合金制件成本高 达20000元人民币/千克之多。因此，高额制造成本是钛合金制件存在的主要问题，也是制约其大规 模应用的主要瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种TA15钛合金块体边角料制造合格零件的 方法，通过该方法所制造的TA15零件，其结构性能与锻件相当，结构完整 性好，可实现钛合金材料的循环使用及其再制造。本专利技术提供了一种利用TA15钛合金边角料的零件制造方法，其特征在于一一采用真空非接触等离子熔化，将TA15钛合金板材、棒材或锻件 机械加工后所剩余的块体边角料氩气雾化制成粉末，以粉末雾化态真空罐 装，其中粉末60%以上为球形粉末，经筛分和干燥，为30 600目。一一利用激光按零件数模将钛合金粉末逐层熔化沉积，直至堆积成 所设计的零件毛坯；其中激光束功率不低于2.5kW，激光束斑直径4> 范围为3 6mm，扫描速度范围为5 10mm/min，粉末流量范围为 25~35g/min，单层沉积厚度不高于0.8mm。所述利用TA15钛合金边角料的零件制造方法，其特征在于所述金属 除TA15钛合金外，还包括适合于激光逐层熔化沉积或激光快速成形的其它 钛合金。所述利用TA15钛合金边角料的零件制造方法，其特征在于激光束功 率范围为7000-8000W，激光束斑直径4)范围为3 5mm，扫描速度范 围为5~7mm/min，粉末流量范围为25~27g/min本专利技术首次创造性地利用激光熔化沉积(激光快速成形)技术，实现了TA15块体边角料的循环使用，而且不需要再次熔炼和锻轧，即可制造出 合格的零件，并且零件的组织、成分、性能与用合格成品料所制成的零件 完全相同，达到甚至超过锻件水平。材料利用率显著提高，制造成本大幅 度降低，仅为传统制造工艺制件的1/4，为合格成品料按激光熔化沉积制件 成本的1/2。具体实施方式实施例1将传统工艺机械加工所剩余的TA15块体边角料加工成截面约10X 10mm 20X20mm的棒材，长度不限，按照激光熔化沉积制造技术要求制 成粉末；利用激光熔化沉积设备和工艺，按照零件数模进行零件近终形毛 坯成形。TA15粉末成分为A1 6.5、 Zr2.0、 Mol.O、 Vl.O、余量为Ti;采用 C02激光器，输出功率为8000W，光斑直径为3mm，焦距500mm，扫描速 率为5mm/min，粉末流量25g/min，用氩气吹扫保护。表1 TA15边角料激光熔化沉积试件室温拉伸性能<table>table see original document page 5</column></row><table><table>table see original document page 6</column></row><table> 从表1中可以看出，由TA15块体边角料通过激光熔化沉积所制成试样 的室温拉伸性能优异，其强度甚至超过了锻件，塑性与锻件相当，性能的 方向性不明显。表2 TA15边角料激光熔化沉积试件高温拉伸性能(50(TC)<table>table see original document page 6</column></row><table> 从表2中可以看出，由TA15块体边角料通过激光熔化沉积所制成试样 的高温(500'C)拉伸性能高于锻件，塑性与锻件基本相当。通过表1、表2中的试验数据可知，TA15块体边角料的激光熔化沉积 制件具有很好的室温强度和高温强度，达到甚至超过了锻件水平，其塑性 也达到了锻件水平。实施例2比较实施例1不同之处在于输出功率为7000W,光斑直径为5mm， 扫描速率为7mm/min，粉末流量27g/min。通过表3、表4中的试验数据可 知，由TA15块体边角料通过激光熔化沉积所制成试样的室温拉伸性能优 异，其强度甚至超过了锻件，塑性与锻件相当，性能的方向性不明显。表3 TA15边角料激光熔化沉积试件室温拉伸性能<table>table see original document page 6</column></row><table>向10509357.013.5横10009509.020.510109408.018.0向10609.017.5表4 TA15边角料激光熔化沉积试件高温拉伸性能(50(TC)横向ob (MPa)o02 (MPa)s5横向T171057012.560.0横向T270556514.066.5横向T370061510.032.5实施例3比较实施例1不同之处在于输出功率为6000W，光斑直径为6mm， 扫描速率为9mm/min，粉末流量34g/min。通过表5、表6中的试验数据可 知，由TA15块体边角料通过激光熔化沉积所制成试样的室温拉伸性能较优 异，强度较强，塑性与锻件相当，性能的方向性不明显。表5 TA15边角料激光熔化沉积试件室温拉伸性能取向o b (MPa)o 0.2 (MPa)S5纵9508508.034.09308607.011.5向9408557.012.5横卿8408.018.59108307.016.0向9308208.015.5表6 TA15边角料激光熔化沉积试件高温拉伸性能(50(TC)<table>table see original document page 8</column></row><table>实施例4比较实施例1不同之处在于输出功率为5000W，光斑直径为7mm， 扫描速率为9mm/min，粉末流量30g/min。通过表7、表8中的试验数据可 知，由TA15块体边角料通过激光熔化沉积所制成试样的室温拉伸性能较优 异，强度较强，塑性与锻件相当，性能的方向性不明显。表7 TA15边角料激光熔化沉积试件室温拉伸性會l<table>table see original docum本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用ＴＡ１５钛合金边角料的零件制造方法，其特征在于：－－采用真空非接触等离子熔化，将ＴＡ１５钛合金板材、棒材或锻件机械加工后所剩余的块体边角料氩气雾化制成粉末，以粉末雾化态真空罐装，其中粉末６０％以上为球形粉末，经筛分和干燥，为 ３０～６００目；－－利用激光按零件数模将钛合金粉末逐层熔化沉积，直至堆积成所设计的零件毛坯；其中激光束功率：不低于２．５ｋＷ，激光束斑直径：φ范围为３～６ｍｍ，扫描速度范围为：５～１０ｍｍ／ｍｉｎ，粉末流量范围为：２５～３５ｇ／ｍｉ ｎ，单层沉积厚度：不高于０．８ｍｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王云阁，王向明，王华明，
申请(专利权)人：王云阁，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]