本技术为一种通过Si提高增材制造钛合金强塑性的方法。该方法包括以下步骤:(1)将硅源粉、钛源粉混合,得到混合粉末;(2)以球磨混合为例:在氩气保护下对配制的混合粉末进行球磨混合;(3)将球磨后的混合粉末的采用成型工艺,得到钛合金块体。所述的成型工艺为增材制造,包括直接激光沉积、激光粉末床熔融技术等。本发明在不热处理的情况下实现了钛合金强塑性的大幅提升。
背景技术
钛合金因其高比强度、优异的耐疲劳性能、卓越的耐腐蚀性和抗氧化性,以及出色的损伤容限特性,在航空航天、化工、海洋工程和医疗器械等多个领域获得了广泛的运用。尽管钛合金具有这些优势,但其低导热系数、高变形抗力以及狭窄的锻造温度范围等特性,为复杂零件的制造带来了重大挑战。这些特性可能导致复杂形状零件的成形困难,并增加制造成本。增材制造技术,以其高材料利用率和不受零件形状及尺寸限制的成形能力,不仅有效克服了这些技术瓶颈,还实现了零件的轻量化、高性能化和低成本化。
钛合金增材制造技术逐渐走向成熟,但是仍然存在一些共性问题。传统钛合金打印过程中会形成粗大的柱状晶导致力学性能各向异性,这不利于应用,同时,粗大的组织也不利于获得高的力学性能(细晶强化)。打印态的钛合金组织多为粗大马氏体,虽然强度高但是塑性差(延伸率低),需要通过后续热处理使马氏体部分分解或完全消除来提高塑性,但是这以强度损失为代价,同时也增加的生产工序和成本。
以目前应用最为广泛的Ti6Al4V合金为例,主要解决方法是引入合金元素,通过强化成分过冷抑制柱状晶的形成,从而实现细小等轴晶组织,这些元素包括Fe、Co、Cu、Mo等。这种方法的有效性已经被大量实验验证。Si是一种共析型β稳定元素,理论上也具有消除柱状晶细化晶粒的作用。传统铸造/锻造钛合金的研究证实Si容易与钛反应形成脆性的钛硅化合物,这会导致钛合金塑性降低,因此钛合金中通常避免引入Si,即使引入也低于溶解度(0.4 wt%),所以钛合金中Si均低于这一理论值。增材制造钛合金本身就存在塑性差的问题,因此Si并不被认为是一种改良增材制造钛合金性能的有效元素。Si元素提高增材制造钛合金的关键是保证Si以固溶的形式存在且不形成钛硅化合物。对于打印钛合金组织为马氏体的问题,目前除了热处理和调控打印工艺外,并没有通过成分设计来解决的有效方法。
实现思路