本技术提供一种等轴晶增强钛合金构件及其制备方法、应用,所述制备方法包括:以钛合金焊丝为原料,采用电弧增材工艺制造钛合金构件,在电弧增材制造钛合金构件的过程中,控制电弧以正弦波摆动的形式行进,同时对沉积物进行急速冷却处理,直至钛合金构件加工完成。本发明通过电弧摆动结合急速冷却的方式来增加温度波动效果,提升钛合金中等轴晶的比例,弱化钛合金构件的各向异性,提升其综合力学性。
背景技术
电弧增材制造(WAAM)技术是定向能量沉积3D打印的一种。定向能量沉积技术是金属3D打印技术,可以通过安装在多轴臂上的喷嘴沉积粉末或线材形式的金属材料,使用激光或电子束或等离子体聚焦能量源料。WAAM受电弧焊接启发,使用电弧作为热源。相比传统的制造方法,WAAM技术设备成本低、材料利用率高、成形组件灵活,是一种更具成本效益、可持续性的解决方案,易于实现自动化控制和复杂零部件的高效定制。WAAM技术由于高沉积效率、高材料利用率和低设备成本的优点,在工业和学术界引起了极大的兴趣。目前,WAAM技术已成功用于制造Ti6Al4V、钢、In718等材料。特别的,WAAM技术可以处理对激光高度反射的金属,如铝合金和铜合金。此外,WAAM技术能满足大尺寸铝合金部件的生产需求。如今,航空航天工业对应用WAAM技术制造高强度铝合金结构的要求越来越高。
钛合金具有优异的耐腐蚀性和良好的高温性能,被广泛应用于生物医疗领域、航空航天领域和汽车制造领域。由于WAAM技术具有高沉积效率、高材料利用率和低设备成本的优点有助于缩短生产时间,可采用WAAM技术制备钛合金。但是,WAAM技术通过层层叠加与热累积使得钛合金呈现出柱状β晶而不是等轴β晶,显微组织多以外延生长的柱状晶为主,性能呈高强低塑特性,因此在不同方向上呈现出较大的机械性能差异,即该材料的具有较大的各向异性。由此使得WAAM技术成形的钛合金零件或修复件其综合力学性能难满足使用要求。
中国专利文献上公开了“一种基于等轴细晶强化的高强高塑激光增材制造钛合金”,其公开号为CN 114959362A,该发明的钛合金由激光增材制造方法制备得到,在TC4钛合金基础上添加一定含量Cr、Mo、Zr,提高了限制生长因子,提升了其形成等轴晶的能力,且结合激光增材制造获得全等轴晶及良好的晶内组织,提升其综合力学性。但是,该发明需要调整钛合金的元素组成,方法本身无法实现钛合金的等轴晶增强,无法适用于特定元素组成的钛合金构件的激光增材制造。
实现思路