一种提高激光熔覆成形Ti-5321钛合金强度的热处理方法

本发明属于钛合金材料，具体涉及一种提高激光熔覆成形ti-5321钛合金强度的热处理方法。

背景技术：

1、激光熔覆成形技术是一种突破传统减材制造加工方法，集计算机技术、激光技术和材料加工技术为一体的高效、快速的近净成形增材制造技术。该技术能够大大缩短设计时间，快速成形复杂结构，极大缩短开发周期并降低成本，在航空航天、国防和军工装备等领域具有广阔应用前景。与铸造、锻造、焊接等传统成形加工技术相比，尤其在成形和修复形状复杂的零件方面，该技术具有无可比拟的优势。

2、为满足我国航空航天对高性能钛合金的需求，从材料成分创新的角度出发，综合考量高强钛合金ti-1300和tc21，设计和研发出一种兼具高强度和高塑韧性的新型钛合金ti-5321钛合金(ti-5al-3mo-3v-2zr-2cr-1nb-1fe)。该合金为mo当量11.5的亚稳β钛合金，具有较大的组织调控空间。激光熔覆成形技术制备的ti-5321钛合金抗拉强度仅1100mpa级水平，无法满足航空领域对超高强钛合金的需求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种提高激光熔覆成形ti-5321钛合金强度的热处理方法。该方法通过对激光熔覆成形ti-5321钛合金进行多重热处理工艺，使得激光熔覆成形的粗片层α转变为超细针状α，以调控α相的尺寸及形貌组织类型，大幅提高了激光熔覆成形ti-5321钛合金的强度，解决了激光熔覆成形ti-5321钛合金构件强度偏低的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种提高激光熔覆成形ti-5321钛合金强度的热处理方法，其特征在于，该方法对激光熔覆成形ti-5321钛合金进行多重热处理工艺，使得激光熔覆成形的粗片层α转变为超细针状α，从而提高激光熔覆成形ti-5321钛合金的强度。

3、现有技术中的热处理制度，不能有效地消除激光熔覆成形ti-5321钛合金的内部残余应力，更不能使组织具有良好的均匀性，获得具有超高强度的组织。本发明通过对激光熔覆成形ti-5321钛合金进行多重热处理工艺，不仅有效消除了成形残余应力，还有效调控了激光熔覆成形ti-5321钛合金的原始组织，使得激光熔覆成形的粗片层α转变为超细针状α，改善了α相的尺寸和形貌，而超细针状α的尺寸较小，无脆性的晶界α，并交错排列编织成网篮状，具有极高的强度，且超细针状α断裂时为穿晶断裂，比粗片层α具有更高的抗断裂能力，从而大幅提高了激光熔覆成形ti-5321钛合金的强度，通常其抗拉强度提高至超过1400mpa，满足了实际应用对高强ti-5321钛合金的需求。

4、上述的一种提高激光熔覆成形ti-5321钛合金强度的热处理方法，其特征在于，所述多重热处理工艺包括以下步骤：

5、步骤一、将激光熔覆成形ti-5321钛合金加热至530℃～540℃并保温6h～8h，然后空冷至室温；

6、步骤二、将步骤一中空冷至室温的激光熔覆成形ti-5321钛合金加热至870℃～890℃并保温1h～2h，然后空冷至室温；

7、步骤三、将步骤二中空冷至室温的激光熔覆成形ti-5321钛合金加热至570℃～580℃并保温6h～8h，然后空冷至室温。

8、本发明的多重热处理工艺中，先将激光熔覆成形ti-5321钛合金加热至530℃～540℃并保温6h～8h，空冷至室温，以消除激光熔覆成形的ti-5321钛合金内部残余应力，并提高组织均匀性，然后继续加热至570℃～580℃并保温6h～8h，空冷至室温，使得粗片层α完全溶解，为后续热处理做准备，再加热至570℃～580℃并保温6h～8h，空冷至室温，使得超细针状α完全析出，提高了ti-5321钛合金的强度。

9、上述的一种提高激光熔覆成形ti-5321钛合金强度的热处理方法，其特征在于，所述经多重热处理工艺后的激光熔覆成形ti-5321钛合金的抗拉强度超过1400mpa。

10、本发明与现有技术相比具有以下优点：

11、1、本发明通过对激光熔覆成形ti-5321钛合金进行多重热处理工艺，使得激光熔覆成形的粗片层α转变为超细针状α，通过调控α相的尺寸及形貌组织类型，大幅提高了激光熔覆成形ti-5321钛合金的强度，解决了激光熔覆成形ti-5321钛合金构件强度偏低的问题。

12、2、本发明对激光熔覆成形ti-5321钛合金进行多重热处理工艺，有效消除了激光熔覆应力，并改善其组织尺寸及形貌，提高了激光熔覆成形ti-5321钛合金的质量。

13、3、本发明经多重热处理工艺后的激光熔覆成形ti-5321钛合金的抗拉强度超过1400mpa，满足了实际应用对高强ti-5321钛合金的需求。

14、4、本发明的工艺流程简单，易于实现，适用于工业生产，具有良好的推广前景。

15、下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种提高激光熔覆成形ti-5321钛合金强度的热处理方法，其特征在于，该方法对激光熔覆成形ti-5321钛合金进行多重热处理工艺，使得激光熔覆成形的粗片层α转变为超细针状α，从而提高激光熔覆成形ti-5321钛合金的强度。

2.根据权利要求1所述的一种提高激光熔覆成形ti-5321钛合金强度的热处理方法，其特征在于，所述多重热处理工艺包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种提高激光熔覆成形ti-5321钛合金强度的热处理方法，其特征在于，所述经多重热处理工艺后的激光熔覆成形ti-5321钛合金的抗拉强度超过1400mpa。

技术总结
本发明公开了一种提高激光熔覆成形Ti‑5321钛合金强度的热处理方法，该方法对激光熔覆成形Ti‑5321钛合金进行多重热处理工艺，使得激光熔覆成形的粗片层α转变为超细针状α，从而提高激光熔覆成形Ti‑5321钛合金的强度。本发明通过对激光熔覆成形Ti‑5321钛合金进行多重热处理工艺，使得激光熔覆成形的粗片层α转变为超细针状α，通过调控α相的尺寸及形貌组织类型，大幅提高了激光熔覆成形Ti‑5321钛合金的强度至超过1400MPa，满足了实际应用对高强Ti‑5321钛合金的需求；本发明的工艺流程简单，易于实现，适用于工业生产，具有良好的推广前景。

技术研发人员：刘国政,赵永庆,贾蔚菊,高广睿,赵秦阳,周伟,毛成亮,呼丹
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13