< 0.001%, C
<0.002%.本發(fā)明有加入5 0.005%的細(xì)化晶粒的元素；
熔煉成的鈦合金錠按其牌號(hào)的要求進(jìn)行熱鍛開(kāi)坯，熱乳盤圓，修磨，冷拉，真空退火一系列正常工序加工成Φ2的鈦合金軟態(tài)盤絲。本發(fā)明根據(jù)制造的鈦合金零部件的大小和精度不同，需要生產(chǎn)0.01 < Φ < 1.0的鈦合金絲才能滿足工藝要求。需在滾模拉伸機(jī)(乳絲機(jī))上，以Φ2盤絲為原料進(jìn)一步加工；以自制的氬氣保護(hù)連續(xù)加熱設(shè)備在乳絲機(jī)上溫拉(乳)為工藝要點(diǎn)，溫度控制依據(jù)其鈦合金的相變點(diǎn)不同而不同，600°C—一950°C。成品絲要無(wú)應(yīng)力狀態(tài)絲，表面光滑無(wú)污染物，繞制在自動(dòng)送絲機(jī)用的軸盤上。
[0014]選擇以激光作為熱源是因?yàn)槠淙刍俣瓤欤€(wěn)定，熱敷成形熱影響區(qū)小，鈦合金部件變形小這些優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)然，也可以用電子束，等離子，電弧作為熱源進(jìn)行以絲材為原料的增材制造成形，各有其優(yōu)缺點(diǎn)；本發(fā)明只以激光作熱源工藝技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明；本發(fā)明使用的激光熔敷成形機(jī)是以外購(gòu)的能自動(dòng)送絲的激光源為基礎(chǔ)，改制成的，工作臺(tái)行程尺寸為200 X 200 X 300，控制及切片軟件為自主研發(fā)。
[0015]本發(fā)明以絲材為原料激光熔敷成形的技術(shù)工藝過(guò)程為①把待制造的鈦合金部件圖紙進(jìn)行數(shù)字化處理切片，編程②根據(jù)鈦合金的牌號(hào)，組織特點(diǎn)，熱力學(xué)數(shù)據(jù)和該部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立凝固溫度場(chǎng)數(shù)字模型，選用合理的鈦絲規(guī)格和熔敷速度③選取激光機(jī)的電壓，電流和光學(xué)參數(shù)④調(diào)定激光熔敷部位保護(hù)氣體的流量壓力⑤調(diào)定成形的鈦合金金屬部件包護(hù)套的保護(hù)氣體的流量和壓力⑥開(kāi)始熱敷成形。
[0016]對(duì)于鈦合金的近成形增材制造來(lái)說(shuō)，無(wú)論是原料是金屬粉末還是絲材，鈦合金零部件組織的控制對(duì)其常溫機(jī)械性能和高溫性能，疲勞性能，斷裂韌性，沖擊韌性都有決定性影響，成形過(guò)程中形成的應(yīng)力分布和殘余應(yīng)力對(duì)鈦合金部件的變形，開(kāi)裂有重要影響；這也是增材制造生產(chǎn)高品質(zhì)部件必須解決的問(wèn)題；本發(fā)明上述問(wèn)題的解決方案為:①嚴(yán)格控制鈦合金絲的低間隙雜質(zhì)元素0，N, H, C的含量填加微量的細(xì)化晶粒的元素，控制晶粒長(zhǎng)大；③根據(jù)鈦合金牌號(hào)的相變點(diǎn)，在凝固和冷卻過(guò)程中，調(diào)整氣體保護(hù)的溫度，氣壓，流量，使其固溶處理溫度范圍內(nèi)保證冷卻速度，特別是對(duì)于組織α + β，近β和β型鈦合金部件更是非常必要；④控制熔敷速度，不同的部位，熱量散發(fā)的速度不同，熔敷速度也要有區(qū)另IJ。⑤根據(jù)不同鈦合金部件凝固過(guò)程的溫度場(chǎng)模型和壁厚尺寸，確定熔敷部件的前后順序，使其應(yīng)力分布更均勻，減少殘余應(yīng)力的聚集。
[0017]高爾夫球頭一號(hào)木桿頭為鈦合金，由于球頭上蓋、下底和打擊面，機(jī)械性能和成型性要求不同；因此鈦合金牌號(hào)不同，打擊面材料由于所受沖擊力很大，需要材料的沖擊韌性和硬度要求比較高，最高級(jí)的球頭打擊面材料為β型鈦合金；上蓋為α + β型鈦合金，下底為近α型鈦合金；傳統(tǒng)的制造方法無(wú)法制造，只能用“3D打印”增材制造方法生產(chǎn)，各部分用不同牌號(hào)的鈦合金絲材激光熔敷成形。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于鈦及鈦合金金屬絲材的增材制造方法，其特征在于包括三個(gè)關(guān)鍵流程工藝方法，首先為高品質(zhì)鈦及鈦合金絲材制備工藝，其次為用絲材作原料，激光作加熱源的增材制造熔敷工藝，最后為鈦合金部件制造過(guò)程中的組織控制和熱處理工藝； 高品質(zhì)鈦合金絲是制造高品質(zhì)增材鈦合金部件的基礎(chǔ)，而原材料和鈦合金錠的熔鑄是生產(chǎn)鈦合金絲的核心工藝；其生產(chǎn)工藝步驟為:①需選用超O級(jí)海綿鈦和超低雜質(zhì)含量的中間合金及純金屬；②根據(jù)各個(gè)鈦合金牌號(hào)的具體要求配料，用液壓擠壓機(jī)壓制成熔煉用的自耗電極塊；③用等離子焊機(jī)在真空狀態(tài)下組焊成自耗用電極根據(jù)鈦合金牌號(hào)合金含量的不同，采用不同的熔煉方法:合金含量< 10% (重量百分比，下同)，采用兩次真空自耗電弧爐熔煉成鈦錠；10% <合金含量< 20%的鈦合金，采用三次真空自耗電弧爐熔煉成鈦錠；合金含量> 20%的高合金含量鈦合金，為防止合金偏析，需米用兩次真空自耗電弧爐+一次真空自耗凝殼爐的熔煉方法熔煉成鈦錠，熔煉成的鈦合金錠除滿足其主成分的合金要求外，其雜質(zhì)成分的要求必須控制在O < 0.08%，N < 0.002%，H < 0.001%, C < 0.002%.本發(fā)明有加入5 0.005%的細(xì)化晶粒的元素； 熔煉成的鈦合金錠按其牌號(hào)的要求進(jìn)行熱鍛開(kāi)坯，熱乳盤圓，修磨，冷拉，真空退火一系列正常工序加工成Φ2的鈦合金軟態(tài)盤絲； 本發(fā)明根據(jù)制造的鈦合金零部件的大小和精度不同，需要生產(chǎn)0.01 < Φ < 1.0的鈦合金絲才能滿足工藝要求； 需在滾模拉伸機(jī)(乳絲機(jī))上，以Φ 2盤絲為原料進(jìn)一步加工；以自制的氬氣保護(hù)連續(xù)加熱設(shè)備在乳絲機(jī)上溫拉(乳)為工藝要點(diǎn)，溫度控制依據(jù)其鈦合金的相變點(diǎn)不同而不同，.600 ℃ ——950 ℃ ； 成品絲要無(wú)應(yīng)力狀態(tài)絲，表面光滑無(wú)污染物，繞制在自動(dòng)送絲機(jī)用的軸盤上； 選擇以激光作為熱源是因?yàn)槠淙刍俣瓤?，穩(wěn)定，熱敷成形熱影響區(qū)小，鈦合金部件變形小這些優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)然，也可以用電子束，等離子，電弧作為熱源進(jìn)行以絲材為原料的增材制造成形，各有其優(yōu)缺點(diǎn)；本發(fā)明只以激光作熱源工藝技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明；本發(fā)明使用的激光熔敷成形機(jī)是以外購(gòu)的能自動(dòng)送絲的激光源為基礎(chǔ)，改制成的，工作臺(tái)行程尺寸為.200 X 200 X 300，控制及切片軟件為自主研發(fā)； 本發(fā)明以絲材為原料激光熔敷成形的技術(shù)工藝過(guò)程為①把待制造的鈦合金部件圖紙進(jìn)行數(shù)字化處理切片，編程②根據(jù)鈦合金的牌號(hào)，組織特點(diǎn)，熱力學(xué)數(shù)據(jù)和該部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立凝固溫度場(chǎng)數(shù)字模型，選用合理的鈦絲規(guī)格和熔敷速度③選取激光機(jī)的電壓，電流和光學(xué)參數(shù)④調(diào)定激光熔敷部位保護(hù)氣體的流量壓力⑤調(diào)定成形的鈦合金金屬部件包護(hù)套的保護(hù)氣體的流量和壓力⑥開(kāi)始熱敷成形； 對(duì)于鈦合金的近成形增材制造來(lái)說(shuō)，無(wú)論是原料是金屬粉末還是絲材，鈦合金零部件組織的控制對(duì)其常溫機(jī)械性能和高溫性能，疲勞性能，斷裂韌性，沖擊韌性都有決定性影響，成形過(guò)程中形成的應(yīng)力分布和殘余應(yīng)力對(duì)鈦合金部件的變形，開(kāi)裂有重要影響；這也是增材制造生產(chǎn)高品質(zhì)部件必須解決的問(wèn)題；本發(fā)明上述問(wèn)題的解決方案為:①嚴(yán)格控制鈦合金絲的低間隙雜質(zhì)元素O，N, H, C的含量填加微量的細(xì)化晶粒的元素，控制晶粒長(zhǎng)大；③根據(jù)鈦合金牌號(hào)的相變點(diǎn)，在凝固和冷卻過(guò)程中，調(diào)整氣體保護(hù)的溫度，氣壓，流量，使其固溶處理溫度范圍內(nèi)保證冷卻速度，特別是對(duì)于組織α + β，近β和β型鈦合金部件更是非常必要控制熔敷速度，不同的部位，熱量散發(fā)的速度不同，熔敷速度也要有區(qū)別； ⑤根據(jù)不同鈦合金部件凝固過(guò)程的溫度場(chǎng)模型和壁厚尺寸，確定熔敷部件的前后順序，使其應(yīng)力分布更均勻，減少殘余應(yīng)力的聚集。
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬成形和制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于鈦及鈦合金金屬絲材的增材制造方法，包括三個(gè)關(guān)鍵流程工藝方法，首先為高品質(zhì)鈦及鈦合金絲材制備工藝，其次為用絲材作原料，激光作加熱源的增材制造熔敷工藝，最后為鈦合金部件制造過(guò)程中的組織控制和熱處理工藝，完全不用鈦粉末材料，徹底解決了上述問(wèn)題；用鈦及鈦合金絲材做為原料的增材制造，對(duì)于高品質(zhì)高可靠性要求的航空航天領(lǐng)域鈦合金部件的制造有比較大促進(jìn)作用。
【IPC分類】B23K103/14, B23K26/342, B23K37/00, C22B9/20, C22C14/00, B23K26/70
【公開(kāi)號(hào)】CN105108339
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510541630
【發(fā)明人】劉立輝
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)海納鑫科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年8月31日