本發(fā)明屬于金屬增材制造技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種采用ss-prepti6al4v球形粉末的電子束選區(qū)熔化成形方法。
背景技術(shù):
增材制造技術(shù)(又稱3d打?。┦墙陙硌杆侔l(fā)展起來的高端數(shù)字化制造技術(shù)。粉末金屬3d打印技術(shù)主要由激光送粉成形技術(shù)(ded)、激光鋪粉成形技術(shù)(slm)、電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)(ebm)三種技術(shù)組成。
其中,電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)(ebm)是指利用計(jì)算機(jī)把零件的三維cad模型進(jìn)行分層處理,獲得各層截面的二維輪廓信息并生成加工路徑,以高能量密度的電子束作為熱源,按照預(yù)定的加工路徑,在真空室內(nèi)熔化金屬粉末,逐層堆積,最終實(shí)現(xiàn)金屬零件成形的技術(shù)。電子束增材制造主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)如下:在真空環(huán)境中進(jìn)行,對處于高溫狀態(tài)的金屬材料的保護(hù)效果更好,不易氧化,非常適合鈦、鋁等活性金屬的加工;電子束容易達(dá)到幾十千瓦級功率輸出;零件綜合力學(xué)性能好,尤其對鈦合金材料制造的合金元素成分的保持性較好。
ti6al4v合金最早由美國研制并投入使用,目前ti6al4v在世界鈦合金產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)一半以上的市場份額,利用電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)(ebm)制備ti6al4v鈦合金成形件,具有設(shè)計(jì)柔性大、材料利用率高等顯著優(yōu)點(diǎn)。但是,傳統(tǒng)氣霧化球形粉末作為目前主流的ebm粉體原材料,其具有較大比例的空心粉、衛(wèi)星粉等固有特性會對ebm成形件造成不可逆的力學(xué)性能損害,包括降低成形件致密度、影響鋪粉均勻性、堵塞設(shè)備氣體循環(huán)裝置等。眾所周知,等離子旋轉(zhuǎn)電極(prep)粉末具有最優(yōu)異的流動性和球形度、無空心粉、無衛(wèi)星粉,但是并未有實(shí)際的工藝參數(shù)試驗(yàn)和性能測試。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明的目的在于提供一種采用ss-prepti6al4v球形粉末的電子束鋪粉增材的制造方法,可制備出滿足航空航天、生物醫(yī)療應(yīng)用的ti6al4v成形件,經(jīng)過真空去應(yīng)力及熱等靜壓處理后,抗拉強(qiáng)度不低于1020mpa,屈服強(qiáng)度均不低于936mpa,斷后伸長率均不低于14%,斷面收縮率均不低于40%,解決了上述ss-prepti6al4v在電子束選區(qū)熔化成形設(shè)備上應(yīng)用的技術(shù)問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種采用ss-prepti6al4v球形粉末的電子束鋪粉增材的制造方法,包括以下具體步驟:
1)利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制備45-106μm的ti6al4v球形粉末,其中d10≤低于54μm,d50≤75μm,d90≤102μm;
2)利用電子束選區(qū)熔化成形方法制備ti6al4v成形件,技術(shù)參數(shù)包括電子束功率2600-3000w,掃描速率10-100m/s,掃描間距50-100μm,光斑直徑180-200μm,鋪粉層厚50-200μm;
3)將成形件進(jìn)行真空去應(yīng)力熱處理,隨爐升溫至900-950℃,保溫1-2小時,空冷至室溫;
4)將熱處理后的成形件進(jìn)行熱等靜壓處理,溫度為920-940℃,保壓80-100mpa,保溫1-3小時。
本發(fā)明的有益效果在于:
1)本發(fā)明將ss-prepti6al4v球形粉末應(yīng)用于電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)(ebm),突破氣霧化球形粉末的限制,提升了球形粉末的品質(zhì),擴(kuò)展了電子束選區(qū)熔化成形的原材料供應(yīng)范圍;
2)采用ss-prepti6al4v球形粉末制備ebm成形件,其抗拉強(qiáng)度不低于1020mpa,屈服強(qiáng)度均不低于936mpa,斷后伸長率均不低于14%,斷面收縮率均不低于40%,具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于航空航天及生物醫(yī)療的應(yīng)用要求。
附圖說明
圖1是本發(fā)明超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化法制備的ti6al4v粉末掃描照片。
圖2是本次發(fā)明ti6al4v成形件熱等靜壓態(tài)的金相組織照片。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)例用于進(jìn)一步說明本發(fā)明,而非限定其范圍。
實(shí)施例1:ss-prepti6al4v球形粉末的電子束選區(qū)熔化成形
1)利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制備45-106μm的ti6al4v球形粉末,其中d10=48μm,d50=69μm,d90=98μm;
2)采用電子束選區(qū)熔化成形技術(shù),參數(shù)為電子束功率2600w,掃描速率10m/s,掃描間距50μm,光斑直徑180μm,鋪粉層厚50μm;
3)真空去應(yīng)力熱處理,隨爐升溫至900℃,保溫1小時,空冷至室溫;
4)將熱處理后的成形件進(jìn)行熱等靜壓處理,溫度為920℃,保壓80mpa,保溫1小時。
經(jīng)測試分析可知,ti6al4v電子束選區(qū)熔化成形件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長率、斷面收縮率分別為1021mpa、936mpa、14%、48%,成形件具備優(yōu)異的強(qiáng)韌綜合力學(xué)性能。
實(shí)施例2
1)利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制備45-106μm的ti6al4v球形粉末,其中d10=51μm,d50=72μm,d90=100μm;
2)利用電子束選區(qū)熔化成形方法制備ti6al4v成形件,技術(shù)參數(shù)包括電子束功率2800w,掃描速率60m/s,掃描間距80μm,光斑直徑190μm,鋪粉層厚125μm;
3)將成形件進(jìn)行真空去應(yīng)力熱處理,隨爐升溫至930℃,保溫1.5小時,空冷至室溫;
4)將熱處理后的成形件進(jìn)行熱等靜壓處理,溫度為930℃,保壓90mpa,保溫2小時。
經(jīng)測試分析可知,ti6al4v電子束選區(qū)熔化成形件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長率、斷面收縮率分別為1036mpa、941mpa、14.6%、44%,成形件具備優(yōu)異的強(qiáng)韌綜合力學(xué)性能。
實(shí)施例3:ss-prepti6al4v球形粉末的電子束鋪粉增材制造
1)利用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制備45-106μm的ti6al4v球形粉末,其中d10=54μm,d50=75μm,d90=102μm;
2)采用電子束選區(qū)熔化成形技術(shù),參數(shù)為電子束功率3000w,掃描速率100m/s,掃描間距100μm,光斑直徑200μm,鋪粉層厚200μm;
3)真空去應(yīng)力熱處理,隨爐升溫至950℃,保溫2小時,空冷至室溫;
4)將熱處理后的成形件進(jìn)行熱等靜壓處理,溫度為940℃,保壓100mpa,保溫3小時。
經(jīng)測試分析可知,ti6al4v電子束選區(qū)熔化成形件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長率、斷面收縮率分別為1052mpa、945mpa、15.5%、40%,成形件具備優(yōu)異的強(qiáng)韌綜合力學(xué)性能。
參見圖1,圖1體現(xiàn)了超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化法制備的ti6al4v粉末的形貌;
參見圖2,圖2體現(xiàn)了ti6al4v成形件熱等靜壓態(tài)的金相組織。