本发明属于激光增材制造钛合金组织控制与力学性能优化研究领域；具体涉及一种加b感应加热消除激光增材制造tc4合金初生β晶界的方法。
背景技术：
激光增材制造钛合金是近年来发展起来的一项新兴技术，该技术通过高功率激光熔化同步输送的钛合金粉末，逐点逐层堆积成形零件，克服了由于钛合金本身所具有的高熔点、高熔融态活性以及大的变形抗力的特点所带来的加工难度大、复杂零件加工技术难等缺点，在航天航空和国防制造领域被越来越多的研究和应用，但是，由于激光增材制造其即热即冷的特性难以控制，造成了其钛合金成形件宏观组织为沿成形方向贯穿多个熔覆层的粗大β柱状晶，即使热处理其效果对柱状晶的影响不明显，且其组织多为典型马氏体(如图1所示，图1中b为a的放大图)，由于这些特点，使得激光增材制造钛合金(lam-tc4)沉积态构件表现出高强度低塑性的特点，力学性能难以达到锻件标准，性能的各向异性也比较明显，从而严重制约其在国防工业和航空航天领域的应用。因此有必要采取一定措施改善lam-tc4宏微观组织，使得β柱状晶消失或者转变，进而起到提高其塑性减小其各向异性的作用。
由cet理论可知，在一个激光熔池中β柱状晶要远远多于α等轴晶，而少量的α等轴晶只存在于熔池顶部，所以在激光增材成形过程中，第一层熔覆组织主要由大量β柱状晶和覆盖在其上层的少量α等轴晶组成，而在进行下一层熔覆时前一层的α等轴晶又会被融化，再次凝固形成β柱状晶，所以依次累加，lam-tc4沉积态的凝固组织主要由贯穿多个熔覆层呈外延生长的粗大β柱状晶组成，且长度在几毫米到几十毫米之间，宽度在0.1mm～0.3mm之间，柱状晶主轴沿成形方向生长，而由于激光成形的过程是一个极冷极热的过程，继而使得微观组织形成典型的马氏体。因此，粗大的β柱状晶+马氏体就形成了lam-tc4典型的高强度、低塑性的特点，同时粗大的β柱状晶也必然导致沿激光成形方向和水平方向的性能出现较大差异，即各向异性较大的现象。
技术实现要素：
本发明提供了一种加b感应加热消除激光增材制造tc4合金初生β晶界的方法；能够消除了激光增材制造钛合金出现醋大状晶的β晶粒，改善了钛合金的微观组织。
本发明的技术方案是：加b感应加热消除激光增材制造tc4合金初生β晶界的方法，包括以下步骤：步骤s1，将b粉与钛合金粉在真空环境下进行干燥，其中b粉的质量占比为0.01-0.2％，其中钛合金粉末粒度为50-150μm，b粉粉末粒度为10-20μm；步骤s2，将步骤s1中得到的干燥b粉和钛合金粉混合均匀，得到混合粉末；步骤s3，将步骤s2中所得混合粉末，在保护气氛环境中利用激光增材制造技术成形为钛合金样件，成形过程中对基材进行感应加热，且消除样件中初生β晶界；其中感应加热的温度为900-1100℃。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中步骤s3中激光功率为180-240w，扫描速度为10mm/s，送粉量为2.5g/min。
其中步骤s3中得到的样件具有魏氏组织和片状α晶界。
其中步骤s1中b粉的质量占比为0.025％、0.05％、0.1％或0.2％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的方法能够消除激光增材制造钛合金出现粗大柱状晶的β晶粒，改善其微观组织，该方法利用b会在钛合金固溶体中产生成分过冷，导致形核率增加，同时b和ti在凝固的最后阶段会发生共晶反应产生少量tib，切断原始β柱状晶的晶界，使得lam-tc4中的β柱状晶消失。
更进一步的，利用感应加热辅助b在激光成形的过程中避免由于极冷极热带来的反应不充分问题，而感应加热的参与也能改善由于极冷极热而产生马氏体的问题。
本发明通过在tc4粉末中添加适量b的方式，并利用感应加热辅助，可有效消除激光增材制造tc4初生β晶界，宏观组织呈类等轴的片状组织，并且使得马氏体转变为魏氏组织，从而达到提高lam-tc4沉积态塑性的效果。
附图说明
图1为现有技术中无b无感应加热的激光增材制造钛合金组织形貌图；
图2本发明中b含量为0.01％时lam-tc4的组织形貌图；
图3为本发明中b含量为0.025％时lam-tc4的组织形貌图；
图4为本发明中b含量为0.05％时lam-tc4的组织形貌图；
图5为本发明中b含量为0.1％时lam-tc4的组织形貌图；
图6为本发明中b含量为0.2％时lam-tc4的组织形貌图；
图7为本发明中不同b含量的lam-tc4沉积态塑性曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明。
本发明还提供了加b感应加热消除激光增材制造tc4合金初生β晶界的方法，具体包括以下步骤：
步骤s1，将b粉和钛合金粉在真空环境下进行干燥，其中b粉的质量占比为0.01-0.2％，b粉的粒度为10-20μm，钛合金粉的粒度为50-150μm；具体的将b粉和钛合金粉在120℃的真空环境下干燥2个小时以上，进行干燥处理，避免两种粉末在混粉的过程中出现粘粉现象。
步骤s2，将步骤s1中得到的干燥b粉和钛合金粉混合均匀，得到混合粉末；具体的将b粉和钛合金粉装入三维混合机中进行混合，再装入送粉器中进行深度混合均匀。
步骤s3，将步骤s2中所得混合粉末，利用激光增材制造技术成形为tc4样件，成形过程中感应加热全程参与，且保护气氛环境优选为氩气；具体的，激光功率为180-240w，优选的激光功率为200w或220w，扫描速度为10mm/s，送粉量为2.5g/min，沿z轴的提升量δz＝0.06～0.10mm，优选的提升量为0.07mm或0.08mm，搭接间距为0.2mm；感应加热的感应线圈为单圈圆环形，圆环内径40mm，铜管内径为6mm，其中感应线圈内壁与样件各部分之间距离均等，感应加热温度为900-1100℃，优选的感应加热温度为950℃或1000℃。
上述成形过程为：使用激光增材制造技术得到样件，且样件凝固之前。
其中在激光增材制造过程中感应加热采用红外温控系统控制样件温度，进行实时加热，且感应线圈随z轴的提升量δz同步提升，直至样件成形完毕。
本发明的具体实施例包括：
实施例1
当b粉的质量占比为0.01％时，通过上述方法得到的样件的组织形貌如图2所示，其中原始β晶界由方向相反的两排并行排列的片状α的分界线成形，其中图2中b为a的放大效果图。
实施例2
当b粉的质量占比为0.025％时，通过上述方法得到的样件的组织形貌如图3所示，其中并行排列的片状α依旧存在，而分界线由首位相接的片状α成形原始β晶界，其中图3中b为a的放大效果图。
实施例3
当b粉的质量占比为0.05％时，通过上述方法得到的样件的组织形貌如图4所示，晶界主要以首位相接的片状α为主，而并行排列的片状α已经非常少，而宏观组织也不再是β柱状晶，主要呈片状晶粒，其中图4中b为a的放大效果图。
实施例4
当b粉的质量占比为0.1％时，通过上述方法得到的样件的组织形貌如图5所示，样件的宏观组织基本不再有明显的晶界，并且有少量tib晶须的出现，tib能够影响钛合金的塑性，其中图5中b为a的放大效果图。
实施例5
当b粉的质量占比为0.2％时，通过上述方法得到的样件的组织形貌如图6所示，能够明显看出b含量过剩，在sem电镜下观察，可以发现许多亮白色的线条出现，并在局部有富集，这是tib晶须的富集效果，tib为脆性相，能够严重影响钛合金的塑性，其中图6中b为a的放大效果图。
实施例6
采用的b粉质量占比为0.03％，且b粉的粒度为10μm，钛合金粉的粒度为50μm；在激光增材制造过程中对基材进行感应加热的温度为900℃。最终得到的样件其具有魏氏组织和片状α晶界，且样件具有良好的沉积态塑性。
实施例7
采用的b粉质量占比为0.06％，且b粉的粒度为15μm，钛合金粉的粒度为70μm；在激光增材制造过程中对基材进行感应加热的温度为940℃。最终得到的样件其具有魏氏组织和片状α晶界，且样件具有良好的沉积态塑性。
实施例8
采用的b粉质量占比为0.11％，且b粉的粒度为20μm，钛合金粉的粒度为100μm；在激光增材制造过程中对基材进行感应加热的温度为1100℃。最终得到的样件其具有魏氏组织和片状α晶界，且样件具有良好的沉积态塑性。
实施例9
采用的b粉质量占比为0.13％，且b粉的粒度为18μm，钛合金粉的粒度为80μm；在激光增材制造过程中对基材进行感应加热的温度为1000℃。最终得到的样件其具有魏氏组织和片状α晶界，且样件具有良好的沉积态塑性。
实施例10
采用的b粉质量占比为0.08％，且b粉的粒度为12μm，钛合金粉的粒度为150μm；在激光增材制造过程中对基材进行感应加热的温度为910℃。最终得到的样件其具有魏氏组织和片状α晶界，且样件具有良好的沉积态塑性。
实施例11
采用的b粉质量占比为0.06％，且b粉的粒度为13μm，钛合金粉的粒度为120μm；在激光增材制造过程中对基材进行感应加热的温度为1050℃。最终得到的样件其具有魏氏组织和片状α晶界，且样件具有良好的沉积态塑性。
实施例12
采用的b粉质量占比为0.09％，且b粉的粒度为20μm，钛合金粉的粒度为140μm；在激光增材制造过程中对基材进行感应加热的温度为990℃。最终得到的样件其具有魏氏组织和片状α晶界，且样件具有良好的沉积态塑性。
综上所述在在b粉含量低于0.1％时，样件的塑性才能满足锻件要求的标准。如图7所示为上述不同b含量的lam-tc4样件沉积态塑性曲线图，从图中可知，当b含量为0.05％时，其沉积态塑性最优。