双态组织的钛合金的制备方法及双态组织的钛合金与流程

本发明涉及一种双态组织的钛合金的制备方法及双态组织的钛合金。

背景技术：

钛合金作为近几十年发展迅速的新型轻金属材料，具有强度、模量、韧性、高损伤容限和可焊接等优良的综合性能匹配，因而成为先进飞机和航空发动机的主要结构材料。

随着人们对飞行器要求的提高及飞行器设计理念的变化，航空工业的发展对钛合金的综合性能提出了越来越高的要求，不仅要求高强度、高韧性，还要求有较高的塑性。

现有的钛合金不能满足航空工业的飞速发展。

技术实现要素：

基于上述问题，一方面，本发明提供一种双态组织的钛合金的制备方法，该双态组织的钛合金的制备方法制备出的双态组织的钛合金有着优异的力学性能，可以满足航空航天应用标准。

技术方案是：一种双态组织的钛合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤①：ti-55531合金球形粉末通过激光选区烧结工艺生成打印ti-55531合金；

步骤②：将打印好的ti-55531合金放入真空热处理炉真空循环固溶热处理，获得等轴α相的ti55531合金；

步骤③：等轴α相的ti55531合金放入真空热处理炉进行时效热处理产生次生α相，获得双态组织的ti55531合金。

进一步地，所述激光选区烧结工艺为：功率为200w，扫描速度为1000-1200mm/s，层厚为30-50μm，线间距为90-130μm，使用stripe扫描策略打印。

进一步地，所述打印ti-55531合金为相对密度为99.96％的ti-55531合金。

进一步地，所述等轴α相为球形或者椭球形，直径在1μm-3μm。

进一步地，所述真空循环固溶热处理为升温、保温、升温、循环温控、冷却。

进一步地，所述循环温控为从高温到低温的速度慢于从该低温到该高温的速度，依次循环。

进一步地，所述高温为835℃，低温为740℃，从高温到低温的速度慢于从该低温到该高温的速度为从高温到低温时间为50min，从低温到高温时间为30min。

另一方面，本发明还提供一种双态组织的钛合金，由上述的方法制备而来，该双态组织的钛合金的断裂强度大于1350mpa，屈服强度大于1300mpa，延伸率大于9％，断裂韧性大于65mpa.m1/2，有着优异的力学性能，可以满足航空航天应用标准。

本发明通过激光选区烧结工艺(slm)，调节激光功率、层厚、搭接率、扫描速度等参数，打印了ti-5al-5mo-5v-3cr-1zr合金。由于打印的合金为亚稳β结构，强度和塑性还达不到航空航天标准，因此进一步开发了一种循环热处理技术，可以使得该合金获得等轴α相。由于等轴α相一般很难通过热处理实现，因此进行热加工后退火才能实现，而增材制造的钛合金部件不具备热加工的条件，因此开发了对部件不破坏、且能实现等轴α的热处理方法。

附图说明

图1为本发明真空循环固溶热处理温控示意图；

图2为本发明时效热处理温控示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明中，相对密度＝实测密度/理论密度。

一种双态组织的钛合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤①：ti-55531合金球形粉末通过激光选区烧结工艺生成打印ti-55531合金；

步骤②：将打印好的ti-55531合金放入真空热处理炉真空循环固溶热处理，获得等轴α相的ti55531合金；

步骤③：等轴α相的ti55531合金放入真空热处理炉进行时效热处理产生次生α相，获得双态组织的ti55531合金。

本发明中，进一步地，真空循环固溶热处理为升温、保温、升温、循环温控、冷却。

本发明中，进一步地，循环温控为从高温到低温的速度慢于从该低温到该高温的速度，依次循环。

实施例1：

一种双态组织的ti55531合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤①：将ti-55531合金球形粉末放入slm(selectivelasermelting)设备中，在功率为200w，扫描速度为1000-1200mm/s，层厚30-50μm，线间距90-130μm，使用stripe扫描策略进行打印，获得了相对密度为99.96％的打印ti-55531合金。

步骤②：将打印ti-55531合金放入真空热处理炉真空热处理，获得等轴α相的ti55531合金，该等轴α相为球形或者椭球形，直径在1μm-3μm。

真空循环固溶热处理温控如图1所示，79min升到790℃，790℃保温80min，再5min升到835℃，进行循环处理：从835℃以50min降到740℃，再以30min升到835℃，依次进行5个循环，最后以氩气进行冷却。

步骤③时效处理如图2所示：步骤②处理后的ti55531合金再放入真空炉中，在600℃下保温6h，产生次生α相，与步骤②生成的等轴α相搭配，获得双态组织的ti55531合金。

将本实施例的双态组织的ti55531合金进行力学性能检测，检测条件及标准为：室温拉伸和断裂韧性根据astme8/e8m-16a和astme1820-2018标准下进行测试的。断裂韧性采用ct型紧凑拉伸试样，高62.5mm，宽60mm，厚度为25mm，在疲劳机上预制2mm裂纹，然后开始测试。

检测结果为：断裂强度大于1350mpa，屈服强度大于1300mpa，延伸率大于9％，断裂韧性大于65mpa.m1/2，有着优异的力学性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种双态组织的钛合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤①：ti-55531合金球形粉末通过激光选区烧结工艺生成打印ti-55531合金；

步骤②：将打印好的ti-55531合金放入真空热处理炉真空循环固溶热处理，获得等轴α相的ti55531合金；

步骤③：等轴α相的ti55531合金放入真空热处理炉进行时效热处理产生次生α相，获得双态组织的ti55531合金。

2.根据权利要求1所述的双态组织的钛合金的制备方法，其特征在于所述激光选区烧结工艺为：功率为200w，扫描速度为1000-1200mm/s，层厚为30-50μm，线间距为90-130μm，使用stripe扫描策略打印。

3.根据权利要求1所述的双态组织的钛合金的制备方法，其特征在于所述打印ti-55531合金为相对密度为99.96％的ti-55531合金。

4.根据权利要求1所述的双态组织的钛合金的制备方法，特征在于所述等轴α相为球形或者椭球形，直径在1μm-3μm。

5.根据权利要求1所述的双态组织的钛合金的制备方法，特征在于所述真空循环固溶热处理为升温、保温、升温、循环温控、冷却。

6.根据权利要求5所述的双态组织的钛合金的制备方法，特征在于所述循环温控为从高温到低温的速度慢于从该低温到该高温的速度，依次循环。

7.根据权利要求5所述的双态组织的钛合金的制备方法，特征在于所述高温为835℃，低温为740℃，从高温到低温的速度慢于从该低温到该高温的速度为从高温到低温时间为50min，从低温到高温时间为30min。

8.根据权利要求5所述的双态组织的钛合金的制备方法，特征在于所述循环的次数为5次。

9.根据权利要求1所述的双态组织的钛合金的制备方法，特征在于所述步骤③中，时效热处理温度为在600℃，时间为6h。

10.一种双态组织的钛合金，特征在于该双态组织的钛合金由权利要求1-9任一所述的方法制备而来。

技术总结
本发明公开了一种双态组织的钛合金的制备方法及双态组织的钛合金，包括以下步骤：步骤①：Ti‑55531合金球形粉末通过激光选区烧结工艺生成打印Ti‑55531合金；步骤②：将打印好的Ti‑55531合金放入真空热处理炉真空循环固溶热处理，获得等轴α相的TI55531合金；步骤③：等轴α相的TI55531合金放入真空热处理炉进行时效热处理产生次生α相，获得双态组织的TI55531合金。本发明制备出的双态组织的钛合金有着优异的力学性能，可以满足航空航天应用标准。

技术研发人员：唐军;邓浩;陈龙庆;邱文彬
受保护的技术使用者：成都露思特新材料科技有限公司
技术研发日：2020.07.28
技术公布日：2020.10.27