本技术涉及一种增材制造技术,旨在实现Ti2AlNb/TiAl梯度结构的一体化成型。该方法通过精确控制材料沉积和冷却过程,优化了梯度结构的微观组织和性能,提高了结构的整体性能和可靠性。
背景技术
航空材料的选取具有极高的要求,不仅要具有优异的综合机械性能,而且需要耐高温、耐低温和耐腐蚀等性能。而TiAl合金作为一种轻质耐高温材料,使用温度可达650-850℃,且具有低密度、高比强、高热强度、优异的高温力学性能和抗腐蚀性能,故而能够作为航空发动机高压压气机及低压涡轮叶片的潜在首选材料,使得其在航空航天领域具有广阔的应用前景。同样的,Ti2AlNb具有密度低、弹性模量高、高温强度高、断裂韧性高、蠕变抗力高、热膨胀系数低、无磁性和阻燃性能好等优点,也在航空航天领域具有广阔的应用前景。
航空发动机整体叶盘在服役时叶片与盘体的温度以及承力条件具有很大的差异。即使是同一部件,不同部位所承受的温度和要求的力学性能也并不相同。
具体来讲,其叶片的工作温度很高,主要承受离心的拉伸应力;而其盘体的服役温度较低,但会承受较大的多轴循环应力,且由盘心至盘边的温度梯度以及应力梯度也是不容忽视的。
为解决整体叶盘的不同服役条件,大幅提升叶盘服役能力,现有技术中提供了多种解决方式,但是这些解决方式或多或少存在技术缺陷。
其中,中国专利CN112981156A公开了Ti2AlNb颗粒增塑的TiAl基复合材料及制备方法,该方法通过激光直接沉积工艺和Ti2AlNb颗粒的晶粒细化和增塑作用,使得制备的TiAl基复合材料具有优良的室高温力学性能,测得其室温拉伸强度达到530MPa以上,延伸率达2.5%以上;虽然利用颗粒增塑和激光沉积技术能够促进TiAl基材料在发动机零部件的研制和应用,但是并不适合不同部位所承受的温度和要求的力学性能也并不相同的技术需求。
中国专利CN116079071A公开了一种TiAl-Ti2AlNb梯度材料的电子束选区熔化增材制造方法及设备,该方法表明通过电子束选区熔化(EBSM)增材制造的方法实现了TiAl-Ti2AlNb梯度材料的制备;但基于EBSM打印的成型原理,在整体叶盘的三维模型切片时,因为中心叶盘为Ti2AlNb、外部叶片为TiAl材料,故而打印过程需要逐层铺粉,存在的技术缺陷有:即使该方法提出了一种基于改进现有EBSM设备,增加粉末回收的系统,但其一未明确表达回收两种粉末时,如何精准控制实现粉床上不同粉末的精准分离,铺粉与回收时势必会存在两种粉末的混合,导致所成型结构不能实现精准的梯度;其二以及如果打印大型构件,EBSM每打印一层就需要切换及回收粉末,存在铺粉时间长、两种粉末易混合、成型部件两种材料成分无法连接的根本问题。
中国专利CN117737619A公开了一种Ti2AlNb合金多级梯度结构的定向热处理方法,该方法通过控温定向感应加热手段,通过控制温度变量的方式,实现了对B2相在不同区域晶粒尺寸的梯度控制,开发了Ti2AlNb合金基于B2晶粒尺寸的梯度异质结构;显然是通过控温的方式来实现TiAl合金的多级梯度结构的获得,大大增加了制备的周期和加工难度。
实现思路