CN110385429A - 一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法 - Google Patents
一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110385429A CN110385429A CN201910721994.9A CN201910721994A CN110385429A CN 110385429 A CN110385429 A CN 110385429A CN 201910721994 A CN201910721994 A CN 201910721994A CN 110385429 A CN110385429 A CN 110385429A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite material
- powder
- titanium composite
- precinct laser
- laser fusion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/14—Treatment of metallic powder
- B22F1/142—Thermal or thermo-mechanical treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/36—Process control of energy beam parameters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/36—Process control of energy beam parameters
- B22F10/366—Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1039—Sintering only by reaction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Abstract
本发明公开了一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,步骤为:制备钛基复合材料粉末,钛基复合材料粉末包括基体粉末和添加物粉末,基体粉末含有钛元素,添加物粉末含有硼元素、碳元素和稀土元素中的一种以上;将钛基复合材料粉末放入磁场中的选区激光熔化设备中进行选区激光融化直至制得钛基复合材料构件;制得的钛基复合材料构件内的残余应力相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了20~80%。本发明通过磁场与复合材料中添加物的配合,使增强体的分布更均匀,改变钛基复合材料的显微组织,显著降低了其残余应力,提高产品的精度及良品率;操作简单,成本低廉,效率高,适应性强,极具应用前景。
Description
技术领域
本发明属于激光熔化增强材料制造技术领域,涉及一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,特别涉及一种在选区激光熔化制备钛基复合材料过程中通过磁场降低残余应力的方法。
背景技术
选择性激光熔化技术(Selective laser melting,简称SLM)是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。在高激光能量密度作用下,金属粉末完全熔化,经散热冷却后可实现与固体金属冶金焊合成型,其是目前主流的激光熔化增材的制备方法其在加工的过程中用激光使粉体完全熔化,不需要黏结剂,成型的精度和力学性能好。
钛合金构件在航空航天领域得到了广泛应用,随着增材制造技术的发展,拓宽了钛合金的应用领域。钛基复合材料既保持了钛的优良性质,又具有比钛更高的比强度和比模量,因此,钛基复合材料的制造引起了大家的广泛关注。但由于增强体的加入,钛基复合材料的塑性比钛合金低,这导致在激光增材制造过程中制得的钛基复合材料的残余应力较钛合金更大,其相比钛合金更容易产生变形和开裂。因此,如何减小钛基复合材料激光增材制造构件中的残余应力,是当前需要迫切解决的问题。
因此,开发一种在选区激光熔化制备钛基复合材料过程中通过磁场降低残余应力的方法极具现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术制备钛基复合材料的残余应力过大易开裂的缺陷,提供一种在选区激光熔化制备钛基复合材料过程中通过磁场降低残余应力的方法。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其步骤如下:
(1)制备钛基复合材料粉末,所述钛基复合材料粉末包括基体粉末和添加物粉末,所述基体粉末含有钛元素,所述添加物粉末含有硼元素、碳元素和稀土元素中的一种以上;
(2)将钛基复合材料粉末放入磁场中的选区激光熔化设备中进行选区激光融化直至制得钛基复合材料构件;
所述制得的钛基复合材料构件内的残余应力相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了20~80%。
本发明选用的添加物粉末含有硼元素、碳元素和稀土元素中的一种以上,添加物粉末经原位反应生成的增强体为TiB、TiC和稀土氧化物的一种以上,其中,TiB和TiC的抗拉强度远大于钛,其杨氏弹性模量是钛的4~5倍,且其泊松比及密度与钛及钛合金相近,热膨胀系数及热力学相容性与钛及钛合金的差距在50%以内,其可为钛基材料的一种良好的增强体。添加物粉末中的稀土元素与氧反应会生成稳定的高熔点化合物,其弥散分布在基体材料中,能够起到弥散强化的作用,有利于提高基体材料的高温瞬时强度和持久强度此外,稀土元素与基体材料中的氧结合降低基体材料中的氧含量,从而有利于提高基体材料的热稳定性。
本发明将钛基复合材料粉末放入磁场中的选区激光熔化设备中进行选区激光融化,磁场与本发明选用的添加物粉末相互配合能够改变凝固组织,使淬硬马氏体含量明显减小,热影响区显微硬度峰值明显下降,改善材料的塑性延展性,使增材制造构件残余应力的整体水平有较明显降低,进而减小制造过程中钛基复合材料的残余应力。本发明选用含有硼元素、碳元素和稀土元素中的一种以上的添加物作为添加物,其生成的钛基材料增强体为TiB、TiC、La2O3、Nd2O3、Y2O3、 Ce2O3、Er2O3或Gd2O3,本发明选用以上物质作为本发明的钛基材料增强体是因为以上增强体的性能较好且与钛合金的匹配度最佳,在磁场的作用下,增强体的析出更细小,有利于异质形核,阻碍枝晶在同一方向生长,同时磁场的作用也使枝晶断裂,打断了枝晶生长,在增强体与磁场的作用下,改变常规选区激光熔化制备构件的柱状晶组织,从而降低构件制备过程中的残余应力,改变材料的性能。
作为优选的技术方案:
如上所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,所述基体粉末为纯钛粉末或钛合金粉末;所述钛合金粉末为 TC4粉末、IMI834粉末、IMI679粉末、IMI685粉末、Ti-6246粉末、 Ti-6242粉末、Ti1100粉末、BT36粉末、TC11粉末、Ti-55粉末、Ti60 粉末或Ti600粉末。本发明的保护范围并不仅限于此,此次仅列举了部分可行的材料,其他合适的含钛材料也可适用于本发明。
如上所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,所述添加物粉末占钛基复合材料粉末总体积的0.2~20%。添加物粉末的添加量本领域技术人员可根据实际情况在一定范围内调整,但调整幅度不宜过大,添加量过大,容易造成钛基复合材料的残余应力过大,造成构件开裂,影响产品质量,添加量过小,其难以显著提高钛基复合材料的其他性能如耐磨性能、耐燃性能及弹性模量等。
如上所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,所述钛基复合材料粉末是通过基体与添加物经球磨混合制得的。钛基复合材料粉末的制备方法并不仅限于此,本发明仅以此为例,其他合适的制备方法也可适用于本发明,通过球磨混合制得钛基复合材料粉末能够充分混合球磨制得的基体粉末及添加物粉末。
如上所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,所述基体粉末的当量粒径为25~100μm。基体粉末的当量粒径本领域技术人员可根据实际情况在一定范围内调整,但调整幅度不宜过大,当量粒径过大,容易被刮板刮到铺粉方向的前方;当量粒径过小,铺粉时小颗粒易被留在铺粉方向的后方,造成基体合金铺粉量不均匀。
如上所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,所述添加物粉末的当量粒径为15~80μm。添加物粉末的当量粒径本领域技术人员可根据实际情况在一定范围内调整,但调整幅度不宜过大,当量粒径过大,容易被刮板刮到铺粉方向的前方;当量粒径过小,铺粉时小颗粒易被留在铺粉方向的后方,造成添加物粉末铺粉不均匀,生成增强体分布不均匀。
如上所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,所述添加物为硼(B)、碳(C)、B4C(碳化硼)、二硼化钛 (TiB2)、稀土(Re)和稀土氧化物(ReX)中的一种以上;所述稀土及稀土氧化物中的稀土均为La、Nd、Y、Ce、Er或Gd。
添加物与钛生成增强体的反应方程式如下:
Ti+B=TiB;
Ti+C=TiC;
5Ti+B4C=TiC+4TiB;
Ti+TiB2=2TiB;
Re+O=Re2O3;
Ti+2ReX+3O=TiX+Re2O3。
如上所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,所述磁场为静磁场,为纵向磁场或横向磁场,其强度为 1~15T,磁场的稳恒区域位于基板中心,磁场强度根据构件的高度、大小和增强体含量变化调节。
如上所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,所述步骤(2)的具体操作如下:
(2.1)在选区激光熔化设备中加入磁场;
(2.2)将钛基复合材料构件的设计方案导入选区激光熔化设备;
(2.3)在选区激光熔化设备内铺一层钛基复合材料粉末后进行激光选区熔化;
(2.4)重复步骤(2.3)直到钛基复合材料构件制备完成。
如上所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,所述选区激光熔化的工艺参数为:激光功率150~400W,铺粉厚度30~50μm,光斑直径50~80μm,扫描间距140~160μm,扫描速度600~1500mm/s。选区激光熔化的工艺参数并不仅限于此,本发明仅以此为例,本领域技术人员可根据实际需求进行调整。
发明机理:
本发明在磁场中制备钛基复合材料显著降低了制得钛基复合材料的残余应力。本发明的钛基复合材料相比于普通金属合金材料,其组分较为复杂,而磁场对各组分的影响都不同,加入磁场后将对钛基复合材料造成何种影响并不可知,有研究标明:加入磁场后,将影响复合材料的凝固和增强体的析出。
本发明通过合适的添加物与磁场相互配合克服了以上缺陷,本发明选用含有硼元素、碳元素和稀土元素中的一种以上的添加物作为添加物,其生成的钛基材料增强体为TiB、TiC、La2O3、Nd2O3、Y2O3、 Ce2O3、Er2O3或Gd2O3,本发明选用以上物质作为本发明的钛基材料增强体是因为以上增强体的性能优异且与钛合金的匹配度最佳。本发明通过合适的添加物与磁场相互配合改变了选区激光熔化制备钛基复合材料过程中各组分的分布形态,使增强体的分布更均匀的同时,并影响复合材料的凝固,本发明选用的添加物通过原位反应生成增强体,在磁场作用下导致枝晶尺度上的初生相再熔解和枝晶断裂增加了体系中异质形核颗粒总数,导致初生相枝晶发生规则到不规则生长的转变,促进了不规则枝晶的生长不同区域初生相细化程度不同。同时,导致析出的增强体更加细小,增加了异质形核。粗大的柱状演变为等轴组织,加上更加细小的增强体,可减少制备过程中残余用力,避免构件开裂。在增强体与磁场的配合下,改变凝固组织,使淬硬马氏体含量明显减小,热影响区显微硬度峰值明显下降,改善材料的塑性延展性,使增材制造构件残余应力的整体水平有较明显降低,有效降低试件裂纹率,进而减小制造过程中钛基复合材料的残余应力,提高钛基复合材料构件的精度,拓宽其应用范围。
有益效果:
(1)本发明的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,通过磁场与复合材料中添加物的配合,改变了选区激光熔化制备钛基复合材料过程中各组分的分布形态,使增强体的分布更均匀,改变钛基复合材料的显微组织,显著降低了其残余应力,减少了钛基复合材料选区激光熔化制备过程中的变形和开裂,同时还能提高钛基复合材料构件(产品)的精度及良品率;
(2)本发明的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,操作简单,成本低廉,效率高,适应性强,极具应用前景。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做进一步阐述。
实施例1
一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其具体步骤如下:
(1)通过基体与添加物经球磨混合制得制备钛基复合材料粉末,基体为纯钛,添加物为B4C和碳摩尔比为1:3的混合物,钛基复合材料粉末中添加物粉末占钛基复合材料粉末总体积的10%,基体粉末的当量粒径为25~50μm,添加物粉末的当量粒径为15~30μm;
(2)制备钛基复合材料构件:
(2.1)在选区激光熔化设备中加入磁场,磁场为静磁场,为横向磁场,其强度为5T,磁场的稳恒区域位于基板中心;
(2.2)将钛基复合材料构件的设计方案导入选区激光熔化设备;
(2.3)在选区激光熔化设备内铺一层钛基复合材料粉末后进行激光选区熔化;
(2.4)重复步骤(2.3)直到钛基复合材料构件制备完成;
其中选区激光熔化的工艺参数为:激光功率200W,铺粉厚度 40μm,光斑直径60μm,扫描间距150μm,扫描速度1100mm/s。
采用XRD测量制得的钛基复合材料构件的残余应力,制得的钛基复合材料构件内的残余应力相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了25.4%。
实施例2
一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其具体步骤如下:
(1)通过基体与添加物经球磨混合制得制备钛基复合材料粉末,基体为TC4,添加物为硼和氧化镧摩尔比为4:1的混合物,钛基复合材料粉末中添加物粉末占钛基复合材料粉末总体积的6%,基体粉末的当量粒径为80~100μm,添加物粉末的当量粒径为60~80μm;
(2)制备钛基复合材料构件:
(2.1)在选区激光熔化设备中加入磁场,磁场为静磁场,为横向磁场,其强度为8T,磁场的稳恒区域位于基板中心;
(2.2)将钛基复合材料构件的设计方案导入选区激光熔化设备;
(2.3)在选区激光熔化设备内铺一层钛基复合材料粉末后进行激光选区熔化;
(2.4)重复步骤(2.3)直到钛基复合材料构件制备完成;
其中选区激光熔化的工艺参数为:激光功率280W,铺粉厚度 50μm,光斑直径80μm,扫描间距140μm,扫描速度1000mm/s。
制得的钛基复合材料构件内的残余应力(测试方法及参数与实施例1相同)相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了30.5%。
实施例3
一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其具体步骤如下:
(1)通过基体与添加物经球磨混合制得制备钛基复合材料粉末,基体为IMI834,添加物为硼和碳摩尔比为4:1的混合物,钛基复合材料粉末中添加物粉末占钛基复合材料粉末总体积的6%,基体粉末的当量粒径为40~70μm,添加物粉末的当量粒径为30~60μm;
(2)制备钛基复合材料构件:
(2.1)在选区激光熔化设备中加入磁场,磁场为静磁场,为纵向磁场,其强度为3T,磁场的稳恒区域位于基板中心;
(2.2)将钛基复合材料构件的设计方案导入选区激光熔化设备;
(2.3)在选区激光熔化设备内铺一层钛基复合材料粉末后进行激光选区熔化;
(2.4)重复步骤(2.3)直到钛基复合材料构件制备完成;
其中选区激光熔化的工艺参数为:激光功率300W,铺粉厚度 50μm,光斑直径80μm,扫描间距160μm,扫描速度1200mm/s。
制得的钛基复合材料构件内的残余应力(测试方法及参数与实施例1相同)相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了20%。
实施例4
一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其具体步骤如下:
(1)通过基体与添加物经球磨混合制得制备钛基复合材料粉末,基体为Ti-6242,添加物为硼,钛基复合材料粉末中添加物粉末占钛基复合材料粉末总体积的20%,基体粉末的当量粒径为50~90μm,添加物粉末的当量粒径为40~75μm;
(2)制备钛基复合材料构件:
(2.1)在选区激光熔化设备中加入磁场,磁场为静磁场,为纵向磁场,其强度为15T,磁场的稳恒区域位于基板中心;
(2.2)将钛基复合材料构件的设计方案导入选区激光熔化设备;
(2.3)在选区激光熔化设备内铺一层钛基复合材料粉末后进行激光选区熔化;
(2.4)重复步骤(2.3)直到钛基复合材料构件制备完成;
其中选区激光熔化的工艺参数为:激光功率400W,铺粉厚度30μm,光斑直径50μm,扫描间距150μm,扫描速度1500mm/s。
制得的钛基复合材料构件内的残余应力(测试方法及参数与实施例1相同)相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了80%。
对比例1
一种选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力降低的方法,其步骤与实施例4基本相同,不同在于其添加物为SiC,其制得的钛基复合材料构件内的残余应力(测试方法及参数与实施例1相同)相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了 10%。
对比例2
一种选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力降低的方法,其步骤与实施例4基本相同,不同在于磁场强度为16T,其制得的钛基复合材料构件内的残余应力(测试方法及参数与实施例1相同)相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了 12%。
对比例3
一种选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力降低的方法,其步骤与实施例4基本相同,不同在于添加物粉末的当量粒径为 90~120μm,其制得的钛基复合材料构件出现不明显的微裂纹。
综合分析实施例4和对比例1~3可以发现,本发明正是通过合适的添加物与磁场相互配合进而实现降低构件内的残余应力的,其中添加物的类别、磁场强度及添加物粉末的当量粒径均会影响残余应力的降低,只有选用本发明的添加物及磁场才能实现残余应力的降低。
实施例5
一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其具体步骤如下:
(1)通过基体与添加物经球磨混合制得制备钛基复合材料粉末,基体为IMI685,添加物为碳,钛基复合材料粉末中添加物粉末占钛基复合材料粉末总体积的0.2%,基体粉末的当量粒径为25~40μm,添加物粉末的当量粒径为15~35μm;
(2)制备钛基复合材料构件:
(2.1)在选区激光熔化设备中加入磁场,磁场为静磁场,为横向磁场,其强度为1T,磁场的稳恒区域位于基板中心;
(2.2)将钛基复合材料构件的设计方案导入选区激光熔化设备;
(2.3)在选区激光熔化设备内铺一层钛基复合材料粉末后进行激光选区熔化;
(2.4)重复步骤(2.3)直到钛基复合材料构件制备完成;
其中选区激光熔化的工艺参数为:激光功率150W,铺粉厚度 40μm,光斑直径60μm,扫描间距145μm,扫描速度600mm/s。
制得的钛基复合材料构件内的残余应力相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了20.5%。
实施例6
一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其具体步骤如下:
(1)通过基体与添加物经球磨混合制得制备钛基复合材料粉末,基体为Ti-6246,添加物为B4C,钛基复合材料粉末中添加物粉末占钛基复合材料粉末总体积的5%,基体粉末的当量粒径为35~50μm,添加物粉末的当量粒径为30~60μm;
(2)制备钛基复合材料构件:
(2.1)在选区激光熔化设备中加入磁场,磁场为静磁场,为横向磁场,其强度为8T,磁场的稳恒区域位于基板中心;
(2.2)将钛基复合材料构件的设计方案导入选区激光熔化设备;
(2.3)在选区激光熔化设备内铺一层钛基复合材料粉末后进行激光选区熔化;
(2.4)重复步骤(2.3)直到钛基复合材料构件制备完成;
其中选区激光熔化的工艺参数为:激光功率250W,铺粉厚度 40μm,光斑直径60μm,扫描间距155μm,扫描速度800mm/s。
制得的钛基复合材料构件内的残余应力相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了50%。
实施例7
一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其具体步骤如下:
(1)通过基体与添加物经球磨混合制得制备钛基复合材料粉末,基体为IMI679,添加物为二硼化钛,钛基复合材料粉末中添加物粉末占钛基复合材料粉末总体积的10%,基体粉末的当量粒径为 30~50μm,添加物粉末的当量粒径为30~60μm;
(2)制备钛基复合材料构件:
(2.1)在选区激光熔化设备中加入磁场,磁场为静磁场,为纵向磁场,其强度为2T,磁场的稳恒区域位于基板中心;
(2.2)将钛基复合材料构件的设计方案导入选区激光熔化设备;
(2.3)在选区激光熔化设备内铺一层钛基复合材料粉末后进行激光选区熔化;
(2.4)重复步骤(2.3)直到钛基复合材料构件制备完成;
其中选区激光熔化的工艺参数为:激光功率400W,铺粉厚度 30μm,光斑直径50μm,扫描间距140μm,扫描速度1500mm/s。
制得的钛基复合材料构件内的残余应力相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了35%。
实施例8
一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其具体步骤如下:
(1)通过基体与添加物经球磨混合制得制备钛基复合材料粉末,基体为Ti1100,添加物为La,钛基复合材料粉末中添加物粉末占钛基复合材料粉末总体积的6%,基体粉末的当量粒径为25~100μm,添加物粉末的当量粒径为25~70μm;
(2)制备钛基复合材料构件:
(2.1)在选区激光熔化设备中加入磁场,磁场为静磁场,为横向磁场,其强度为5T,磁场的稳恒区域位于基板中心;
(2.2)将钛基复合材料构件的设计方案导入选区激光熔化设备;
(2.3)在选区激光熔化设备内铺一层钛基复合材料粉末后进行激光选区熔化;
(2.4)重复步骤(2.3)直到钛基复合材料构件制备完成;
其中选区激光熔化的工艺参数为:激光功率300W,铺粉厚度 30μm,光斑直径50μm,扫描间距140μm,扫描速度900mm/s。
制得的钛基复合材料构件内的残余应力相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了40%。
实施例9
一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其具体步骤如下:
(1)通过基体与添加物经球磨混合制得制备钛基复合材料粉末,基体为IMI834,添加物为La、氧化钕与二硼化钛摩尔比为1:1:1的混合物,钛基复合材料粉末中添加物粉末占钛基复合材料粉末总体积的15%,基体粉末的当量粒径为30~60μm,添加物粉末的当量粒径为25~60μm;
(2)制备钛基复合材料构件:
(2.1)在选区激光熔化设备中加入磁场,磁场为静磁场,为横向磁场,其强度为9T,磁场的稳恒区域位于基板中心;
(2.2)将钛基复合材料构件的设计方案导入选区激光熔化设备;
(2.3)在选区激光熔化设备内铺一层钛基复合材料粉末后进行激光选区熔化;
(2.4)重复步骤(2.3)直到钛基复合材料构件制备完成;
其中选区激光熔化的工艺参数为:激光功率300W,铺粉厚度 40μm,光斑直径60μm,扫描间距150μm,扫描速度1200mm/s。
制得的钛基复合材料构件内的残余应力相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了60%。
实施例10~20
一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其步骤与实施例9基本相同,不同在于基体和添加物的组分及最终产品的残余应力缩小,其不同处见下表,下表中残余应力降是指钛基复合材料构件内的残余应力相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低的百分率;
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应该理解,这些仅是举例说明,在不违背本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改。
Claims (10)
1.一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其特征在于,其步骤如下:
(1)制备钛基复合材料粉末,所述钛基复合材料粉末包括基体粉末和添加物粉末,所述基体粉末含有钛元素,所述添加物粉末含有硼元素、碳元素和稀土元素中的一种以上;
(2)将钛基复合材料粉末放入磁场中的选区激光熔化设备中进行选区激光融化直至制得钛基复合材料构件;
所述制得的钛基复合材料构件内的残余应力相比于未在磁场中的选区激光熔化设备选区激光融化制得的构件降低了20~80%。
2.根据权利要求1所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其特征在于,所述基体粉末为纯钛粉末或钛合金粉末;所述钛合金粉末为TC4粉末、IMI834粉末、IMI679粉末、IMI685粉末、Ti-6246粉末、Ti-6242粉末、Ti1100粉末、BT36粉末、TC11粉末、Ti-55粉末、Ti60粉末或Ti600粉末。
3.根据权利要求1所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其特征在于,所述添加物粉末占钛基复合材料粉末总体积的0.2~20%。
4.根据权利要求1所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其特征在于,所述钛基复合材料粉末是通过基体与添加物经球磨混合制得的。
5.根据权利要求4所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其特征在于,所述基体粉末的当量粒径为25~100μm。
6.根据权利要求4所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其特征在于,所述添加物粉末的当量粒径为15~80μm。
7.根据权利要求1所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其特征在于,所述添加物为硼、碳、B4C、二硼化钛、稀土和稀土氧化物中的一种以上;所述稀土及稀土氧化物中的稀土均为La、Nd、Y、Ce、Er或Gd。
8.根据权利要求1所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其特征在于,所述磁场为静磁场,其为纵向磁场或横向磁场,其强度为1~15T,磁场的稳恒区域位于基板中心。
9.根据权利要求1所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其特征在于,所述步骤(2)的具体操作如下:
(2.1)在选区激光熔化设备中加入磁场;
(2.2)将钛基复合材料构件的设计方案导入选区激光熔化设备;
(2.3)在选区激光熔化设备内铺一层钛基复合材料粉末后进行激光选区熔化;
(2.4)重复步骤(2.3)直到钛基复合材料构件制备完成。
10.根据权利要求9所述的一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法,其特征在于,所述选区激光熔化的工艺参数为:激光功率150~400W,铺粉厚度30~50μm,光斑直径50~80μm,扫描间距140~160μm,扫描速度600~1500mm/s。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910721994.9A CN110385429A (zh) | 2019-08-06 | 2019-08-06 | 一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910721994.9A CN110385429A (zh) | 2019-08-06 | 2019-08-06 | 一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110385429A true CN110385429A (zh) | 2019-10-29 |
Family
ID=68288564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910721994.9A Pending CN110385429A (zh) | 2019-08-06 | 2019-08-06 | 一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110385429A (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111069614A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-04-28 | 西北工业大学 | 原位自生微纳TiC增强钛基复合材料的增材制造方法 |
CN111745160A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种磁场辅助消除单晶高温合金修复过程中热裂的方法 |
CN113579226A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-11-02 | 宁波中乌新材料产业技术研究院有限公司 | 一种多相增强钛合金复合材料制备方法 |
CN113604695A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-05 | 内蒙古科技大学 | 一种通过添加稀土合金优化增材制造钛合金组织的方法 |
CN116159995A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-05-26 | 阳江普利餐厨用品有限公司 | 金属增材用粉末材料及其在生产熔覆涂层中的应用 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104190929A (zh) * | 2014-08-26 | 2014-12-10 | 丹阳惠达模具材料科技有限公司 | 一种金属零件在磁场作用下3d打印成形方法及装置 |
EP3153253A1 (en) * | 2015-10-05 | 2017-04-12 | General Electric Technology GmbH | Method for treatment of metallic powder for selective laser melting |
CN106637200A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-10 | 江苏大学 | 一种热、声、磁复合能场辅助激光熔覆金属基陶瓷涂层的方法 |
CN108421976A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-08-21 | 武汉大学 | 一种热磁耦合场协同选择性激光熔化装置及其加热方法 |
CN109943786A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-06-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于选区激光熔化3d打印制备钛基纳米复合材料的方法 |
-
2019
- 2019-08-06 CN CN201910721994.9A patent/CN110385429A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104190929A (zh) * | 2014-08-26 | 2014-12-10 | 丹阳惠达模具材料科技有限公司 | 一种金属零件在磁场作用下3d打印成形方法及装置 |
EP3153253A1 (en) * | 2015-10-05 | 2017-04-12 | General Electric Technology GmbH | Method for treatment of metallic powder for selective laser melting |
CN106637200A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-10 | 江苏大学 | 一种热、声、磁复合能场辅助激光熔覆金属基陶瓷涂层的方法 |
CN108421976A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-08-21 | 武汉大学 | 一种热磁耦合场协同选择性激光熔化装置及其加热方法 |
CN109943786A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-06-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于选区激光熔化3d打印制备钛基纳米复合材料的方法 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111069614A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-04-28 | 西北工业大学 | 原位自生微纳TiC增强钛基复合材料的增材制造方法 |
CN111745160A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种磁场辅助消除单晶高温合金修复过程中热裂的方法 |
CN113579226A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-11-02 | 宁波中乌新材料产业技术研究院有限公司 | 一种多相增强钛合金复合材料制备方法 |
CN113604695A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-05 | 内蒙古科技大学 | 一种通过添加稀土合金优化增材制造钛合金组织的方法 |
CN116159995A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-05-26 | 阳江普利餐厨用品有限公司 | 金属增材用粉末材料及其在生产熔覆涂层中的应用 |
CN116159995B (zh) * | 2023-03-02 | 2023-11-17 | 阳江普利餐厨用品有限公司 | 金属增材用粉末材料及其在生产熔覆涂层中的应用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110385429A (zh) | 一种降低选区激光熔化制备钛基复合材料残余应力的方法 | |
Xiang et al. | Microstructures and mechanical properties of CrMnFeCoNi high entropy alloys fabricated using laser metal deposition technique | |
WO2022041693A1 (zh) | 一种TiC强化CoCrNi中熵合金复合材料及其制备方法 | |
CN109022920B (zh) | 一种无裂纹的4d打印钛镍形状记忆合金及其制备方法 | |
CN110303156A (zh) | 一种航空用钛合金复杂构件的增材制造和热处理组织调控方法 | |
US20240123502A1 (en) | Titanium alloy powder for selective laser melting 3d printing, selective laser melted titanium alloy and preparation thereof | |
CN109182861A (zh) | 一种塑性变形镁合金及其制备方法 | |
CN110791686A (zh) | 一种用于增材制造的铝合金粉末材料、制备方法及应用 | |
CN107695350A (zh) | 基于电子束3D打印技术制备TiAl合金构件的方法 | |
CN110218907A (zh) | 一种用于3d打印的含硼钛基复合粉末及其制备方法 | |
CN100575521C (zh) | 一种铝-钛-碳-硼-氮中间合金及其制备方法 | |
CN108857148A (zh) | 一种电弧增材制造用钛合金丝材及其应用 | |
CN108118230A (zh) | 一种硬质合金及其制备方法 | |
CN106906379B (zh) | 基于原位晶须强韧化的双尺度结构钛合金及制备与应用 | |
CN108330347A (zh) | 基于激光选区熔化制备铝基复合材料的制备方法 | |
CN108044123B (zh) | 一种具有定向凝固组织的Nb-Si-Ti合金制备方法 | |
Tan et al. | Microstructure and wear resistance of Al2O3–M7C3/Fe composite coatings produced by laser controlled reactive synthesis | |
CN111451502B (zh) | 增材制造原位自生TiC增强钛基复合材料的分区调控方法 | |
CN103469119B (zh) | 一种非晶复合材料及其制备方法和应用 | |
CN113373366A (zh) | 一种多元难熔高熵合金及其制备方法 | |
CN114892043A (zh) | 激光增材制造专用高韧性高温镍基合金粉末及其制备方法 | |
Geng et al. | High strength Al0. 7CoCrFeNi2. 4 hypereutectic high entropy alloy fabricated by laser powder bed fusion via triple-nanoprecipitation | |
CN110468323A (zh) | 一种高强塑韧性的多主元合金及其制备方法 | |
Zhang et al. | Directional solidification and characterization of NiAl–9Mo eutectic alloy | |
CN103451577B (zh) | 准晶颗粒强化的镁基非晶合金内生复合材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191029 |