一种钛合金空心叶片激光精密成形方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属成形技术领域，具体涉及一种钛合金空心叶片激光精密成形方 法。
【背景技术】
[0002] 目前国内制造空心叶片采用超塑性成形和扩散连接技术，其中，超塑性成形是指 在低的应变速率、一定的变形温度和稳定而细小的晶粒度的条件下，利用某些金属或合金 的大伸长率特性，对其进行拉伸成形的方法，而扩散连接技术是指相互接触的材料表面，在 温度和压力的作用下相互靠近，局部发生塑性变形，界面处的原子间产生相互扩散，形成原 子量级上的结合，从而获得一种整体接合的技术。但上述加工成形方法在加工过程中对温 度、压力和时间等参数敏感，如果控制不够精确，极易产生连接缺陷，甚至宏观缺陷，对连接 面的稳定性造成严重隐患，导致零件出品率低；且成形材料必须具有超塑性，对于其推广应 用有很大局限性；同时，这种加工方法，要求模具精度须高于零件精度2个数量级以上才能 保证成形后的零件尺寸精度，模具后续维护费用高，导致零件生产周期长，生产成本高。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种钛合金空心叶片激光精密成形方法，解决了现有钛合金 空心叶片加工方法易产生连接缺陷的问题。
[0004] 本发明所采用的技术方案是，一种钛合金空心叶片激光精密成形方法，包括以下 步骤：
[0005] 步骤1:根据空心叶片结构建立其三维模型，并用切分软件对其三维模型进行分 层切片离散处理，获得各层激光扫描路径；
[0006] 步骤2 :将基材固定在激光成形设备的成型缸工作台上，将钛合金粉末放入粉末 缸中；
[0007] 步骤3 :在成形室中充入氩气，控制成形室内氧气浓度不高于lOppm;启动铺粉装 置，在基材上铺设一层钛合金粉末；
[0008]步骤4:启动激光成形设备，激光器发出的激光束根据当前层激光扫描路径对基 材上的粉末进行旋转扫描，加工出当前层，并对当前层外轮廓进行重复扫描；
[0009]步骤5:成形缸下降一个层厚的距离，粉末缸随之上升一个层厚的距离，同时，铺 粉装置在已加工好的当前层上铺设一层钛合金粉末；
[0010] 步骤6 :重复步骤4~5,直至整个空心叶片加工完毕；
[0011] 步骤7 :打开成形室，去除粉末，取出经步骤6加工完毕的钛合金空心叶片零件，对 成形的钛合金空心叶片零件进行退火处理，制得。
[0012] 本发明的特点还在于，
[0013] 钛合金粉末包括以下组分：A1 :3· 0~L0%，V:L0~2. 0%，0〈Fe彡0· 40%， 0〈Zr彡 0· 20%，0〈Mn彡 0· 25%，0〈0 彡 0· 25%，0〈N彡 0· 08%，0〈Cu彡 0· 15%，其余为Ti， 钛合金粉末的粒度为50-100μm。
[0014] 步骤3中，氩气纯度不低于99. 99%。
[0015] 步骤4中，激光成形设备的加工参数为：激光功率：250-450W，激光光斑直 径：0· 08-0. 15_，扫描速度：1000-1500mm/s，供粉量：0· 07-0. 15mm/ 层，单层层高： 0. 05-0. 09mm，成形室内氩气循环风速控制电压：2. 5-2. 8V。
[0016] 步骤7中，退火工艺为：在550~950°C下保温3-7h后，于真空氩气氛围中冷却至 室温。
[0017] 铺粉装置为刮板。
[0018] 激光器为光纤激光器。
[0019] 本发明的有益效果是：一种钛合金空心叶片激光精密成形方法，
[0020] (1)通过采用激光精密成形方法，零件整个制造过程中无须模具，免去模具加工制 造与维修工序，缩短了零件的制造周期，大大降低生产成本；零件材料无须具有超塑性，只 要能满足服役条件即可，材料选择范围广，降低了生产成本；
[0021] (2)通过采用粉末成形，逐层堆积，生产的钛合金空心叶片组织细小且致密，产品 合格率近100% ;
[0022] (3)通过使用特定组分含量的钛合金粉末，结合快速成形工艺和传统热处理工艺， 获得的零件同时具有高强度、高塑性，综合力学性能远远高于铸件。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0024] 本发明一种钛合金空心叶片激光精密成形方法，具体实施步骤如下：
[0025] 步骤1:根据空心叶片结构建立其三维模型，并用切分软件对其三维模型进行分 层切片离散处理，获得各层激光扫描路径；
[0026] 步骤2:将基材固定在激光成形设备的成型缸工作台上，将钛合金粉末放入粉末 缸中，其中，钛合金粉末包括以下组分：A1 :3· 0~7. 0%，V:1· 0~2. 0%，0〈Fe彡0· 40%， 0〈Zr彡 0· 20%，0〈Mn彡 0· 25%，0〈0 彡 0· 25%，0〈N彡 0· 08%，0〈Cu彡 0· 15%，其余为Ti， 钛合金粉末的粒度为50-100μπι;
[0027] 步骤3 :在成形室中充入氩气，氩气纯度不低于99. 99%，并控制成形室内氧气浓 度不高于lOppm;启动铺粉装置，在基材上铺设一层钛合金粉末；
[0028] 步骤4:启动激光成形设备，光纤激光器发出的激光束根据当前层激光扫描路径 对基材上的粉末进行旋转扫描，加工出当前层，并对当前层外轮廓进行重复扫描，其中，激 光成形设备的加工参数为：激光功率：250-450W，激光光斑直径：0. 08-0. 15mm，扫描速度： 1000_1500mm/s，供粉量：0. 07-0. 15mm/层，单层层高：0. 05-0. 09_，成形室内氩气循环风 速控制电压：2. 5-2. 8V;
[0029] 步骤5:成形缸下降一个层厚的距离，粉末缸随之上升一个层厚的距离，同时，刮 板在已加工好的当前层上铺设一层钛合金粉末；
[0030] 步骤6 :重复步骤4~5,直至整个空心叶片加工完毕；
[0031] 步骤7 :打开成形室，去除粉末，取出经步骤6加工完毕的钛合金空心叶片零件，对 成形的钛合金空心叶片零件进行退火处理，退火工艺为：在550~950°C下保温3-7h后，于 真空氩气氛围中冷却至室温，制得。
[0032] 实施例1
[0033] 根据空心叶片结构建立其三维模型，并用切分软件对其三维模型进行分层切片离 散处理，获得各层激光扫描路径；将基材固定在激光成形设备的成型缸工作台上，将钛合金 粉末放入粉末缸中，其中，钛合金粉末包括以下组分：A1 :3. 0%，V:1.0%，Fe:0. 2%，Zr: 0· 1%，Μη:0· 1%，0 :0· 22%，N:0· 04%，Cu:0· 05%，其余为Ti，钛合金粉末粒度为 50μπι; 在成形室中充入氩气，氩气纯度99. 99%，并控制成形室内氧气浓度5ppm;启动铺粉装置， 在基材上铺设一层钛合金粉末；启动激光成形设备，光纤激光器发出的激光束根据当前层 激光扫描路径对基材上的粉末进行旋转扫描，加工出当前层，并对当前层外轮廓进行重复 扫描，其中，激光成形设备的加工参数为：激光功率：250W，激光光斑直径：0. 08mm，扫描速 度：1000mm/s，供粉量：0. 07mm/层，单层层高：0. 05mm，成形室内氩气循环风速控制电压： 2. 5V;成形缸下