一种采用SS‑PREPTi6Al4V球形粉末的电子束铺粉增材的制造方法与流程

日期:2019-05-27 08:43:30


本发明属于金属增材制造技术领域,特别涉及一种采用SS-PREP Ti6Al4V球形粉末的电子束选区熔化成形方法。



背景技术:

增材制造技术(又称3D打印)是近年来迅速发展起来的高端数字化制造技术。粉末金属3D打印技术主要由激光送粉成形技术(DED)、激光铺粉成形技术(SLM)、电子束选区熔化成形技术(EBM)三种技术组成。

其中,电子束选区熔化成形技术(EBM)是指利用计算机把零件的三维CAD模型进行分层处理,获得各层截面的二维轮廓信息并生成加工路径,以高能量密度的电子束作为热源,按照预定的加工路径,在真空室内熔化金属粉末,逐层堆积,最终实现金属零件成形的技术。电子束增材制造主要优点表现如下:在真空环境中进行,对处于高温状态的金属材料的保护效果更好,不易氧化,非常适合钛、铝等活性金属的加工;电子束容易达到几十千瓦级功率输出;零件综合力学性能好,尤其对钛合金材料制造的合金元素成分的保持性较好。

Ti6Al4V合金最早由美国研制并投入使用,目前Ti6Al4V在世界钛合金产业化应用领域占据一半以上的市场份额,利用电子束选区熔化成形技术(EBM)制备Ti6Al4V钛合金成形件,具有设计柔性大、材料利用率高等显著优点。但是,传统气雾化球形粉末作为目前主流的EBM粉体原材料,其具有较大比例的空心粉、卫星粉等固有特性会对EBM成形件造成不可逆的力学性能损害,包括降低成形件致密度、影响铺粉均匀性、堵塞设备气体循环装置等。众所周知,等离子旋转电极(PREP)粉末具有最优异的流动性和球形度、无空心粉、无卫星粉,但是并未有实际的工艺参数试验和性能测试。



技术实现要素:

为克服上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种采用SS-PREP Ti6Al4V球形粉末的电子束铺粉增材的制造方法,可制备出满足航空航天、生物医疗应用的Ti6Al4V成形件,经过真空去应力及热等静压处理后,抗拉强度不低于1020MPa,屈服强度均不低于936MPa,断后伸长率均不低于14%,断面收缩率均不低于40%,解决了上述SS-PREP Ti6Al4V在电子束选区熔化成形设备上应用的技术问题。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种采用SS-PREP Ti6Al4V球形粉末的电子束铺粉增材的制造方法,包括以下具体步骤:

1)利用超高转速等离子旋转电极制备45-106μm的Ti6Al4V球形粉末,其中D10≤低于54μm,D50≤75μm,D90≤102μm;

2)利用电子束选区熔化成形方法制备Ti6Al4V成形件,技术参数包括电子束功率2600-3000W,扫描速率10-100m/s,扫描间距50-100μm,光斑直径180-200μm,铺粉层厚50-200μm;

3)将成形件进行真空去应力热处理,随炉升温至900-950℃,保温1-2小时,空冷至室温;

4)将热处理后的成形件进行热等静压处理,温度为920-940℃,保压80-100MPa,保温1-3小时。

本发明的有益效果在于:

1) 本发明将SS-PREP Ti6Al4V球形粉末应用于电子束选区熔化成形技术(EBM),突破气雾化球形粉末的限制,提升了球形粉末的品质,扩展了电子束选区熔化成形的原材料供应范围;

2) 采用SS-PREP Ti6Al4V球形粉末制备EBM成形件,其抗拉强度不低于1020MPa,屈服强度均不低于936MPa,断后伸长率均不低于14%,断面收缩率均不低于40%,具有优异的综合力学性能,远远高于航空航天及生物医疗的应用要求。

附图说明

图1是本发明超高转速等离子旋转电极雾化法制备的Ti6Al4V粉末扫描照片。

图2是本次发明Ti6Al4V成形件热等静压态的金相组织照片。

具体实施方式

以下实例用于进一步说明本发明,而非限定其范围。

实施例1:SS-PREP Ti6Al4V球形粉末的电子束选区熔化成形

1)利用超高转速等离子旋转电极制备45-106μm的Ti6Al4V球形粉末,其中D10=48μm,D50=69μm,D90=98μm;

2)采用电子束选区熔化成形技术,参数为电子束功率2600W,扫描速率10m/s,扫描间距50μm,光斑直径180μm,铺粉层厚50μm;

3)真空去应力热处理,随炉升温至900℃,保温1小时,空冷至室温;

4)将热处理后的成形件进行热等静压处理,温度为920℃,保压80MPa,保温1小时。

经测试分析可知,Ti6Al4V电子束选区熔化成形件的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率分别为1021MPa、936 MPa、14%、48%,成形件具备优异的强韧综合力学性能。

实施例2

1)利用超高转速等离子旋转电极制备45-106μm的Ti6Al4V球形粉末,其中D10=51μm,D50=72μm,D90=100μm;

2)利用电子束选区熔化成形方法制备Ti6Al4V成形件,技术参数包括电子束功率2800W,扫描速率60m/s,扫描间距80μm,光斑直径190μm,铺粉层厚125μm;

3)将成形件进行真空去应力热处理,随炉升温至930℃,保温1.5小时,空冷至室温;

4)将热处理后的成形件进行热等静压处理,温度为930℃,保压90MPa,保温2小时。

经测试分析可知,Ti6Al4V电子束选区熔化成形件的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率分别为1036MPa、941MPa、14.6%、44%,成形件具备优异的强韧综合力学性能。

实施例3:SS-PREP Ti6Al4V球形粉末的电子束铺粉增材制造

1)利用超高转速等离子旋转电极制备45-106μm的Ti6Al4V球形粉末,其中D10=54μm,D50=75μm,D90=102μm;

2)采用电子束选区熔化成形技术,参数为电子束功率3000W,扫描速率100 m/s,扫描间距100μm,光斑直径200μm,铺粉层厚200μm;

3)真空去应力热处理,随炉升温至950℃,保温2小时,空冷至室温;

4)将热处理后的成形件进行热等静压处理,温度为940℃,保压100MPa,保温3小时。

经测试分析可知,Ti6Al4V电子束选区熔化成形件的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率分别为1052MPa、945 MPa、15.5%、40%,成形件具备优异的强韧综合力学性能。

参见图1,图1体现了超高转速等离子旋转电极雾化法制备的Ti6Al4V粉末的形貌;

参见图2,图2体现了Ti6Al4V成形件热等静压态的金相组织。



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