一种利用ta15钛合金边角料的零件制造方法

文档序号:3346762阅读:463来源:国知局

专利名称::一种利用ta15钛合金边角料的零件制造方法
技术领域
:本发明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。
背景技术
: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。
发明内容本发明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。本发明提供了一种利用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30600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36mm,扫描速度范围为510mm/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35mm,扫描速度范围为5~7mm/min,粉末流量范围为25~27g/min本发明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10X10mm20X20mm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A16.5、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1TA15边角料激光熔化沉积试件室温拉伸性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</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2TA15边角料激光熔化沉积试件高温拉伸性能(50(TC)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</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3TA15边角料激光熔化沉积试件室温拉伸性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>向10509357.013.5横10009509.020.510109408.018.0向10609.017.5表4TA15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5TA15边角料激光熔化沉积试件室温拉伸性能取向ob(MPa)o0.2(MPa)S5纵9508508.034.09308607.011.5向9408557.012.5横卿8408.018.59108307.016.0向9308208.015.5表6TA15边角料激光熔化沉积试件高温拉伸性能(50(TC)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</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7TA15边角料激光熔化沉积试件室温拉伸性會l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>权利要求1、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/min,单层沉积厚度不高于0.8mm。2、按照权利要求1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。3、按照权利要求1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7000~800OW,激光束斑直径4>范围为35mm,扫描速度范围为57mm/min,粉末流量范围为2527g/min。全文摘要一种利用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。文档编号B22F8/00GK101259534SQ20081001027公开日2008年9月10日申请日期2008年1月29日优先权日2008年1月29日发明者王云阁,王华明,王向明申请人:王云阁
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