本發(fā)明屬于增材制造鈦鋁合金，涉及一種增材制造鈦鋁合金顯微組織分層調(diào)控的方法。
背景技術(shù)：
1、目前，tial合金的加工方法主要包括鑄造、鑄錠冶金和粉末冶金技術(shù)。鑄造方法技術(shù)比較成熟，通過熔模鑄造（包括重力鑄造和離心鑄造）和永久性壓鑄技術(shù)，可以制造出tial合金部件，如壓縮機葉片、渦輪葉片等。但由于tial合金的凝固收縮率高，可鑄性較差，會導(dǎo)致澆鑄不足，而且還會經(jīng)常產(chǎn)生縮孔、夾雜缺陷。此外，為避免熔融下高活性的tial合金與陶瓷坩堝反應(yīng)，鑄造過程使用了冷坩堝，導(dǎo)致過熱能力下降，因此需要對模具進(jìn)行預(yù)熱，而預(yù)熱操作可能導(dǎo)致成形件晶粒粗大，出現(xiàn)大的片層組織，嚴(yán)重影響成形件性能。
2、現(xiàn)有的增材制造是一種具備潛力替代精密鑄造制備鈦鋁合金的技術(shù)手段。通過對生產(chǎn)流程的精細(xì)調(diào)節(jié)，增材制造可以控制微觀組織生長，減少余量添加，減少了產(chǎn)品對后處理的依賴。電子束選區(qū)熔化成形（ebm）技術(shù)是一種極具潛力的增材制造工藝，其以金屬粉末為原材料，在高真空下利用聚焦的電子束通過選區(qū)融化、逐層掃描來獲得成形試件。由于ebm能夠快速近凈成形復(fù)雜形狀的三維部件，同時能夠避免氧化生成雜質(zhì)，并且不浪費材料經(jīng)濟(jì)效益好，是一種極具潛力的tial合金成形工藝，已經(jīng)引起國內(nèi)外廣泛關(guān)注。但ebm成形鈦鋁合金極易產(chǎn)生組織分層現(xiàn)象，如圖1所示，導(dǎo)致材料的綜合性能下降。
3、綜上所述，亟需提供一種增材制造鈦鋁合金顯微組織分層調(diào)控的方法，以得到兼具理想組織形貌與優(yōu)異綜合性能的鈦鋁合金構(gòu)件產(chǎn)品。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種增材制造鈦鋁合金顯微組織分層調(diào)控的方法，通過優(yōu)化粉床預(yù)熱方式，并結(jié)合調(diào)控底板預(yù)熱、粉床預(yù)熱和填充掃描打印中相關(guān)參數(shù)范圍，在不額外增加時間成本和輔助設(shè)備的前提下，有效控制al元素在打印過程中的損失，進(jìn)而獲得高致密度和優(yōu)異組織形貌的鈦鋁合金構(gòu)件。
2、為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
3、本發(fā)明提供一種增材制造鈦鋁合金顯微組織分層調(diào)控的方法，所述方法包括以下步驟：
4、（1）對電子束選區(qū)熔化設(shè)備中的底板進(jìn)行預(yù)熱，而后在底板上鋪設(shè)鈦鋁合金粉末；
5、（2）設(shè)置鈦鋁合金打印的打印模型和參數(shù)，開啟電子束對步驟（1）所述鈦鋁合金粉末依次進(jìn)行粉床預(yù)熱和填充掃描打印，冷卻后得到顯微組織無分層或顯微組織分層為一級的鈦鋁合金；
6、所述粉床預(yù)熱包括依次進(jìn)行的第一預(yù)熱和第二預(yù)熱；所述第一預(yù)熱的束流小于所述第二預(yù)熱的束流。
7、本發(fā)明中，在進(jìn)行底板預(yù)熱前，將鈦鋁合金粉末放入ebm粉倉中，在成形室內(nèi)放入底板，并使底板處于中心位置。
8、本發(fā)明提供的方法，通過對預(yù)熱后底板上鋪設(shè)的鈦鋁合金粉末依次進(jìn)行粉床預(yù)熱和填充掃描打印，結(jié)合優(yōu)化粉床預(yù)熱方式，在不額外增加時間成本和輔助設(shè)備的前提下，得到兼具理想組織形貌與優(yōu)異綜合性能的鈦鋁合金。
9、需要說明的是，通過對粉床進(jìn)行二級預(yù)熱，提高成形溫度，使得整體能量波動變小，進(jìn)而降低成形鈦鋁合金時鋁元素?fù)p耗，在確保致密度的前提下，降低鈦鋁合金的顯微組織分層傾向。
10、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（1）所述底板預(yù)熱的束流為40~80ma、掃描速度15~35m/s。
11、步驟（1）所述底板預(yù)熱的時間＞40min。
12、對步驟（1）底板進(jìn)行預(yù)熱后，所述底板的溫度為1050~1250℃。
13、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，以質(zhì)量百分比計，步驟（1）所述鈦鋁合金粉末包括以下元素：al?29.8wt%~35.0wt%，mn?3.0wt%~6.0wt%，nb?2.0wt%~6.0wt%，cr?1.0wt%~4.0wt%，b?0.1wt%~1.0wt%，余量為ti和不可避免的夾雜。
14、步驟（1）所述鈦鋁合金粉末中鋁元素原子含量為44.0at%~47.0at%。
15、步驟（1）所述鈦鋁合金粉末的粒徑分布為45-150μm。
16、步驟（1）所述鋪設(shè)后還依次進(jìn)行了抽真空處理和充入保護(hù)氣。
17、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（2）所述粉床預(yù)熱的幅面為100~240mm2；
18、步驟（2）所述第一預(yù)熱的掃描速度為15~35m/s。
19、步驟（2）所述第二預(yù)熱的掃描速度為15~40m/s。
20、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（2）所述第一預(yù)熱與第二預(yù)熱的重復(fù)遍數(shù)各自獨立地為1-80遍。
21、步驟（2）所述第一預(yù)熱的束流為10~70ma。
22、步驟（2）所述第二預(yù)熱的束流為40~100ma。
23、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（2）所述第一預(yù)熱的散焦值小于所述第二預(yù)熱的散焦值。
24、步驟（2）所述第一預(yù)熱的散焦值為10~200ma。
25、步驟（2）所述第二預(yù)熱的散焦值為30~200ma。
26、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（2）所述填充掃描打印的束流為3~30ma、掃描速度為0.3~5m/s、填充間距為0.03~0.3mm。
27、步驟（2）所述填充掃描打印的散焦值為-15~-4ma或5~15ma。
28、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（2）所述冷卻的過程中，關(guān)閉電子束和真空，充入保護(hù)氣后進(jìn)行冷卻。
29、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（2）所述冷卻后還進(jìn)行了對鈦鋁合金進(jìn)行顯微組織觀察，并根據(jù)顯微組織特征進(jìn)行分級，而后確定所得鈦鋁合金的等級。
30、所述分級包括依據(jù)鈦鋁合金的顯微組織形貌分為5個等級，具體為：零級為顯微組織無分層；一級為顯微組織存在對比度差異，且存在尺寸相似的γ條帶，每個γ條帶寬度之間的差異＜1倍；二級為顯微組織存在明顯尺寸差異或偏析的γ條帶，且γ條帶的寬度＜50μm；三級為顯微組織存在明顯尺寸差異或偏析的γ條帶，且γ條帶的寬度≥50μm；四級為各層的顯微組織不同。
31、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（2）所述鈦鋁合金的鋁元素?fù)p耗≤2.0at%。
32、步驟（2）所述鈦鋁合金的致密度＞99.5%。
33、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：
34、（1）本發(fā)明提供的方法，通過對預(yù)熱后底板上鋪設(shè)的鈦鋁合金粉末依次進(jìn)行粉床預(yù)熱和填充掃描打印，結(jié)合優(yōu)化粉床預(yù)熱方式，在不額外增加時間成本和輔助設(shè)備的前提下，得到兼具理想組織形貌與優(yōu)異綜合性能的鈦鋁合金；
35、（2）本發(fā)明提供的方法，通過調(diào)控底板預(yù)熱、粉床預(yù)熱和填充掃描打印中相關(guān)參數(shù)范圍，能夠有效控制al元素在打印過程中的損失，進(jìn)而在保證鈦鋁合金致密度的前提下，降低顯微組織分層的傾向；其中，所制得的鈦鋁合金鋁元素?fù)p耗≤1.1at%，致密度＞99.5%，顯微組織無分層或顯微組織分層為一級。
1.一種增材制造鈦鋁合金顯微組織分層調(diào)控的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1）所述底板預(yù)熱的束流為40~80ma、掃描速度15~35m/s；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，以質(zhì)量百分比計，步驟（1）所述鈦鋁合金粉末包括以下元素：al?29.8wt%~35.0wt%，mn?3.0wt%~6.0wt%，nb?2.0wt%~6.0wt%，cr?1.0wt%~4.0wt%，b?0.1wt%~1.0wt%，余量為ti和不可避免的夾雜；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）所述粉床預(yù)熱的幅面為100~240mm2；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）所述第一預(yù)熱與第二預(yù)熱的重復(fù)遍數(shù)各自獨立地為1-80遍；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）所述第一預(yù)熱的散焦值小于所述第二預(yù)熱的散焦值；
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）所述填充掃描打印的束流為3~30ma、掃描速度為0.3~5m/s、填充間距為0.03~0.3mm；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）所述冷卻的過程中，關(guān)閉電子束和真空，充入保護(hù)氣后進(jìn)行冷卻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）所述冷卻后還進(jìn)行了對鈦鋁合金進(jìn)行顯微組織分析，并根據(jù)顯微組織形貌特征進(jìn)行分級，而后確定所得鈦鋁合金的等級；
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）所述鈦鋁合金的鋁元素?fù)p耗≤2.0at%；