一种激光增材制造的三相Ti2AlNb基合金的热处理工艺的制作方法

本发明属于金属材料及制备技术领域，具体涉及一种激光增材制造的三相ti2alnb基合金的热处理工艺。

背景技术：

随着航空航天技术的快速发展，轻质耐高温结构材料的需求日益增加。ti2alnb基合金作为一种新型轻质高温结构材料，具有高比强度、高断裂韧性、高温抗蠕变等优异的性能，相比传统的镍基高温合金(如gh4169合金)可减重35％左右，在航空航天等领域具有广阔的应用前景。

目前该材料的零件成形需要经过多次合金熔炼、β相区锻造开坯、三相区或两相区锻造或轧制、固溶时效热处理、机械加工以及焊接和焊后热处理等多重热加工及热处理过程，导致该合金零件的原材料及加工成本十分昂贵，研制生产周期长，严重制约了该类高性能材料的应用。

激光增材制造技术具有研制生产周期短、短流程、快速响应、成形柔性度和集成度高等技术特点和优势，近年来在高性能钛合金材料零件的直接成形方面取得应用突破，引起国内外的广泛关注。运用激光增材制造技术近终成形ti2alnb基合金零部件，能够解决了传统成型方法带来的一系列问题。

但是，激光增材制造技术制备的沉积态ti2alnb基合金组织显著不同于传统的锻造组织，其粗大的b2相晶粒(超过200μm)导致沉积态ti2alnb基合金塑性较差，不能满足实际应用的需求，因此需要一种针对激光增材制造沉积态三相ti2alnb基合金的热处理工艺，在满足强度性能的前提下，提高其塑性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于激光增材制造三相ti2alnb基合金的热处理工艺，使成形材料在保证强度性能的基础上，提高塑性，为激光增材制造三相ti2alnb基合金的实际应用奠定技术基础。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种激光增材制造三相ti2alnb基合金的热处理工艺。该工艺在ti2alnb基合金的b2单相区固溶，消除b2基体中的α2相和o相，冷却过程中晶界和晶内有少量α2相生成；随后b2+o两相区进行保温，晶界和晶内的α2相保留下来，且热处理过程中部分α2相转变为o相，该相变过程伴随着nb元素的扩散，在富nb元素区形成o相。相变的具体形式为α2相和b2相发生包析反应转变为o相。热处理后，b2晶内除了α2相，还有大量呈浅灰色的板条状o相，o相尺寸大小不一。大尺寸o相为b2+o两相区高温处理后保留，b2+o两相区低温处理后还会析出大量小尺寸o相，形成双尺寸组织。与沉积态相比，晶内析出相长大明显，晶界析出相宽度相当。

在本发明中，激光增材制造的三相ti2alnb基合金的热处理工艺包括以下步骤：

步骤一：将激光增材制造三相ti2alnb基合金薄壁制品，将所述薄壁制品放入加热炉中，随炉加热至1100℃，保温0.5-1h，随后冷却至室温；

步骤二：将经过步骤一的所述薄壁制品放入加热炉中，随炉加热至920℃，保温2h，随后冷却至室温；

步骤三：将经过步骤二的所述薄壁制品放入加热炉中，随炉加热至800℃，保温18-24h，随后冷却冷至室温。

进一步，所述三相ti2alnb基合金薄壁制品具有激光增材制造的ti2alnb基合金的沉积态α2+b2+o三相组织。

进一步，步骤一中所用加热炉为箱式电阻炉，温控精度±5℃，升温速度为10℃/min，冷却方式为空冷。

作为本发明的进一步限定，步骤二中所用加热炉为箱式电阻炉，温控精度±5℃，升温速度为10℃/min，冷却方式为空冷。

作为本发明的进一步限定，步骤三中所用加热炉为箱式电阻炉，温控精度±5℃，升温速度为10℃/min，冷却方式为空冷。

本发明的有益效果在于：

提供一种激光增材制造三相ti2alnb基合金的热处理工艺，激光增材制造三相ti2alnb基合金在单相区固溶处理后，α2和o相回溶进基体，b2+o两相区处理后形成大尺寸o相和小尺寸o相共存的双尺寸组织。合金中保留的α2相有利于合金强度的提升；晶内o相发生了明显的粗化，相界面减少，削弱了析出相的强化效果，增加了位错运动时的通过性，使得材料在保持一定强度的同时，大幅提高了塑性，强度和塑性综合性能优异。

附图说明

图1为激光增材制造的三相ti2alnb基合金的热处理工艺流程图。

图2为激光增材制造的三相ti2alnb基合金的原始沉积态显微组织照片。

图3为激光增材制造的三相ti2alnb基合金的热处理态光学显微组织照片。

图4为激光增材制造的三相ti2alnb基合金的热处理态扫描电镜显微组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。

实施例1

一种激光增材制造的三相ti2alnb基合金的热处理工艺，原料采用增材制造α2+b2+o三相ti2alnb基合金薄壁，尺寸为45mm(宽)×45mm(高)×4mm(厚)。

激光增材制造的三相ti2alnb基合金的热处理工艺包括以下步骤：

步骤一：将激光增材制造的三相ti2alnb基合金薄壁放入加热炉中，随炉加热至1100℃，升温速度为10℃/min，保温1h，随后空冷至室温；

步骤二：将经过步骤一的薄壁放入加热炉中，随炉加热至920℃，升温速度为10℃/min，保温2h，随后空冷至室温；

步骤三：将经过步骤二的薄壁放入加热炉中，随炉加热至800℃，升温速度为10℃/min，保温24h，随后空冷至室温。

实施例2

一种激光增材制造的三相ti2alnb基合金的热处理工艺，原料采用增材制造α2+b2+o三相ti2alnb基合金薄壁，尺寸为50mm(宽)×50mm(高)×4mm(厚)。

激光增材制造的三相ti2alnb基合金的热处理工艺包括以下步骤：

步骤一：将激光增材制造的三相ti2alnb基合金薄壁放入加热炉中，随炉加热至1100℃，升温速度为10℃/min，保温0.5h，随后空冷至室温；

步骤二：将经过步骤一的薄壁放入加热炉中，随炉加热至920℃，升温速度为10℃/min，保温2h，随后空冷至室温；

步骤三：将经过步骤二的薄壁放入加热炉中，随炉加热至800℃，升温速度为10℃/min，保温18h，随后空冷至室温。

实施例3

一种激光增材制造的三相ti2alnb基合金的热处理工艺，原料采用增材制造α2+b2+o三相ti2alnb基合金薄壁，尺寸为50mm(宽)×50mm(高)×3mm(厚)。

激光增材制造的三相ti2alnb基合金的热处理工艺包括以下步骤：

步骤一：将激光增材制造的三相ti2alnb基合金薄壁放入加热炉中，随炉加热至1100℃，升温速度为10℃/min，保温0.5h，随后空冷至室温；

步骤二：将经过步骤一的薄壁放入加热炉中，随炉加热至920℃，升温速度为10℃/min，保温2h，随后空冷至室温；

步骤三：将经过步骤二的薄壁放入加热炉中，随炉加热至800℃，升温速度为10℃/min，保温24h，随后空冷至室温。

三相沉积态ti2alnb基合金的显微组织如图2所示，按上述三个实施例的工艺参数方法处理过的三相沉积态ti2alnb基合金的显微组织如图3、图4所示。其力学性能分别达到：959mpa、5.0％；962mpa、4.9％；950mpa、5.2％。较沉积态1012mpa、1.8％的拉伸性能相比，强度略微下降，但维持在一个较高的水平，延伸率大幅提高，使得激光增材制造三相ti2alnb基合金具备了工程应用的前景。

上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。