本發(fa)明屬于涉及異(yi)質鈦(tai)合(he)金增(zeng)材，具體涉及一種異(yi)質鈦(tai)合(he)金等離子弧增(zeng)材交織方(fang)法。

背景技術：

1、目前(qian)，由于(yu)對鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)加工(gong)需要(yao)較大的(de)(de)(de)切削(xue)力和(he)較高的(de)(de)(de)切削(xue)溫度，在切削(xue)加工(gong)過程中(zhong)(zhong)對切削(xue)刀具提(ti)(ti)出(chu)了更高的(de)(de)(de)要(yao)求，而且鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)材(cai)料的(de)(de)(de)切削(xue)效率(lv)只有鋁合(he)金(jin)的(de)(de)(de)15%，所(suo)(suo)以鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)材(cai)料還(huan)面臨加工(gong)成本(ben)(ben)高、利用率(lv)低的(de)(de)(de)問題。同時，鈦(tai)(tai)(tai)及鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)板(ban)(ban)材(cai)產(chan)(chan)品(pin)加工(gong)工(gong)藝日(ri)益成熟，然而產(chan)(chan)品(pin)質(zhi)量參差不齊(qi)，部分企(qi)業(ye)產(chan)(chan)品(pin)合(he)格(ge)率(lv)偏低[13]，日(ri)趨壯大的(de)(de)(de)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)市場對鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)板(ban)(ban)材(cai)性能也不斷提(ti)(ti)出(chu)新(xin)(xin)要(yao)求，例如提(ti)(ti)高批(pi)次(ci)穩定(ding)性、低各向(xiang)異性、低成本(ben)(ben)等。這是對鈦(tai)(tai)(tai)及鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)應用提(ti)(ti)出(chu)的(de)(de)(de)全新(xin)(xin)挑戰(zhan)。綜上所(suo)(suo)述，將電弧增材(cai)制(zhi)造技術運用到鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)材(cai)料制(zhi)造中(zhong)(zhong)是一(yi)種發(fa)展趨勢。

技術實現思路

1、發(fa)明目的：本發(fa)明的目的在(zai)于(yu)提供一種異質鈦合金等離子弧增材(cai)交織方(fang)法(fa)。

2、技術方案：本(ben)發明公開(kai)了一種異質鈦合金等離子弧增材交織方法，該(gai)方法包(bao)括(kuo)步驟如下：

3、（1）準備(bei)純(chun)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)基(ji)板、ta2純(chun)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)焊絲以及tc4鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金(jin)焊絲，并(bing)對純(chun)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)基(ji)板進行表面(mian)處(chu)理；

4、（2）準備等離子弧焊系統，確(que)定ta2純鈦(tai)焊絲單道成形工藝(yi)參數以(yi)及tc4鈦(tai)合金(jin)焊絲單道成形工藝(yi)參數；

5、（3）在(zai)純(chun)(chun)鈦(tai)(tai)基板(ban)上按照(zhao)ta2純(chun)(chun)鈦(tai)(tai)焊(han)(han)絲(si)單(dan)道(dao)與(yu)tc4鈦(tai)(tai)合金焊(han)(han)絲(si)單(dan)道(dao)相(xiang)(xiang)互交錯的(de)(de)排列方(fang)式(shi)形成基層(ceng)，隨(sui)后逐層(ceng)堆疊形成增(zeng)材塊，所述的(de)(de)增(zeng)材塊在(zai)每一層(ceng)均(jun)是ta2純(chun)(chun)鈦(tai)(tai)焊(han)(han)絲(si)單(dan)道(dao)與(yu)tc4鈦(tai)(tai)合金焊(han)(han)絲(si)單(dan)道(dao)相(xiang)(xiang)互交錯排列，增(zeng)材塊在(zai)每一列也是ta2純(chun)(chun)鈦(tai)(tai)焊(han)(han)絲(si)單(dan)道(dao)與(yu)tc4鈦(tai)(tai)合金焊(han)(han)絲(si)單(dan)道(dao)相(xiang)(xiang)互交錯排列。

6、進(jin)一步(bu)的，步(bu)驟（1）中通過對純(chun)鈦基(ji)板(ban)進(jin)行表(biao)(biao)面打磨去除其氧化層完成表(biao)(biao)面處(chu)理(li)。

7、進一(yi)步的，步驟（1）中ta2純鈦焊(han)(han)絲(si)采(cai)用直徑為(wei)1.2mm的純鈦焊(han)(han)絲(si)，所述的tc4鈦合金焊(han)(han)絲(si)采(cai)用直徑為(wei)1.2mm鈦合金焊(han)(han)絲(si)。

8、進一步的，步驟（2）中等(deng)離子(zi)弧焊(han)系統運行參數具體如下：增材噴嘴孔徑為(wei)(wei)3.2mm，增材噴嘴距工件表(biao)面距離為(wei)(wei)?6mm，鎢(wu)極(ji)(ji)回縮(suo)量(liang)為(wei)(wei)2.7mm，鎢(wu)極(ji)(ji)直徑為(wei)(wei)4.8mm，鎢(wu)極(ji)(ji)尖端角(jiao)度為(wei)(wei)15°，離子(zi)氣流(liu)量(liang)為(wei)(wei)0.8l/min，保護氣流(liu)量(liang)為(wei)(wei)20l/min。

9、進一步的，步驟（2）中(zhong)ta2純鈦焊絲(si)單道成形工藝參數如下：ta2純鈦焊絲(si)的送絲(si)角度(du)為(wei)30°，增材(cai)電流為(wei)125a，送絲(si)速度(du)為(wei)1.0m/min，增材(cai)速度(du)為(wei)3mm/s；

10、tc4鈦(tai)合金焊絲單道成形工(gong)藝參數(shu)如下：tc4鈦(tai)合金焊絲的送(song)絲角度為(wei)30°，增材電流為(wei)120a，送(song)絲速度為(wei)1.0m/min，增材速度為(wei)3mm/s。

11、進一步的，步驟(zou)（3）中每(mei)道(dao)ta2純鈦(tai)焊絲單道(dao)與(yu)每(mei)道(dao)tc4鈦(tai)合金(jin)焊絲單道(dao)所用(yong)焊材體積比為(wei)1：1。

12、進一步的(de)，步驟（3）中每一道焊絲(si)單道成(cheng)形(xing)后使用角磨(mo)(mo)機(ji)打(da)磨(mo)(mo)去除氧化膜(mo)，且同一單層(ceng)的(de)增(zeng)材方向保持同向。

13、進一步的(de)，步驟（3）中第x+1層(ceng)(ceng)的(de)增(zeng)材(cai)方向與第x層(ceng)(ceng)的(de)增(zeng)材(cai)方向相反，第x+1層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)絲單道增(zeng)材(cai)順序與第x層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)絲單道增(zeng)材(cai)順序相同。

14、進一步的，步驟（3）中同層(ceng)相(xiang)鄰兩焊絲單道之間的間距為(wei)6mm。

15、進(jin)一(yi)(yi)步(bu)的(de)(de)(de)，不(bu)同(tong)(tong)比(bi)例ta2與tc4直壁(bi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)金相(xiang)組(zu)織結(jie)構(gou)在(zai)(zai)對應材(cai)料區(qu)(qu)域與單(dan)(dan)一(yi)(yi)材(cai)料的(de)(de)(de)直壁(bi)體(ti)(ti)(ti)區(qu)(qu)別不(bu)大，但是(shi)在(zai)(zai)ta2與tc4交接處有(you)(you)(you)明顯(xian)的(de)(de)(de)界(jie)面，構(gou)成(cheng)界(jie)面的(de)(de)(de)主要原因就是(shi)ta2區(qu)(qu)域的(de)(de)(de)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)晶粒生長被(bei)tc4區(qu)(qu)域的(de)(de)(de)原始(shi)柱狀β晶粒阻隔，從而形(xing)成(cheng)明顯(xian)的(de)(de)(de)界(jie)面，并(bing)且在(zai)(zai)ta2整(zheng)體(ti)(ti)(ti)占(zhan)(zhan)比(bi)較(jiao)高的(de)(de)(de)直壁(bi)體(ti)(ti)(ti)中，ta2與tc4交界(jie)處也有(you)(you)(you)一(yi)(yi)段過渡區(qu)(qu)域。不(bu)過在(zai)(zai)7ta2：3tc4直壁(bi)體(ti)(ti)(ti)和3ta2：7tc4直壁(bi)體(ti)(ti)(ti)中都(dou)有(you)(you)(you)區(qu)(qu)域有(you)(you)(you)明顯(xian)的(de)(de)(de)裂(lie)紋缺陷(xian)區(qu)(qu)域，而5ta2：5tc4直壁(bi)體(ti)(ti)(ti)中基本沒有(you)(you)(you)明顯(xian)的(de)(de)(de)裂(lie)紋缺陷(xian)區(qu)(qu)，所以多道(dao)(dao)(dao)多層(ceng)塊體(ti)(ti)(ti)結(jie)構(gou)使(shi)用ta2與tc4總(zong)占(zhan)(zhan)比(bi)為1：1的(de)(de)(de)比(bi)例設計。該1：1的(de)(de)(de)設計比(bi)例下(xia)交織直壁(bi)體(ti)(ti)(ti)單(dan)(dan)道(dao)(dao)(dao)多層(ceng)堆疊方向(xiang)(xiang)(xiang)抗拉強(qiang)度888.69mpa與增材(cai)單(dan)(dan)道(dao)(dao)(dao)行進(jin)方向(xiang)(xiang)(xiang)856.8mpa相(xiang)近，有(you)(you)(you)別于其余(yu)體(ti)(ti)(ti)積(ji)比(bi)下(xia)明顯(xian)的(de)(de)(de)各向(xiang)(xiang)(xiang)異(yi)性(xing)趨向(xiang)(xiang)(xiang)各向(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)(tong)性(xing)。

16、ta2與tc4交(jiao)織(zhi)直(zhi)(zhi)壁體ta2部(bu)(bu)分(fen)和(he)純(chun)ta2直(zhi)(zhi)壁體相(xiang)比平均顯微硬度(du)(du)有部(bu)(bu)分(fen)提高，不同比例ta2與tc4交(jiao)織(zhi)直(zhi)(zhi)壁體tc4部(bu)(bu)分(fen)平均顯微硬度(du)(du)均低于純(chun)tc4直(zhi)(zhi)壁體。這是因為在ta2與tc4交(jiao)織(zhi)增材過程中，tc4中的(de)(de)鋁和(he)釩(fan)的(de)(de)合(he)金元(yuan)素(su)會向ta2中擴散，起到固(gu)溶強化和(he)穩定β相(xiang)的(de)(de)效(xiao)果，從而(er)影(ying)響ta2部(bu)(bu)分(fen)顯微硬度(du)(du)值，相(xiang)反，tc4部(bu)(bu)分(fen)因為合(he)金元(yuan)素(su)鋁和(he)釩(fan)的(de)(de)減少，顯微硬度(du)(du)有所下降。

17、有益效果(guo)：與現有技術相比(bi)，本發明(ming)具有如下顯著優(you)點：第一，使用ta2和(he)tc4兩(liang)種(zhong)異質材(cai)料(liao)，利用等離子弧增(zeng)材(cai)制(zhi)造，增(zeng)材(cai)單道層高穩(wen)定控制(zhi)在0.6mm，獲(huo)得(de)異質交織(zhi)多界(jie)面(mian)(mian)鈦(tai)合金(jin)結構。通(tong)過設計ta2和(he)tc4兩(liang)種(zhong)異質材(cai)料(liao)的(de)交織(zhi)體(ti)積比(bi)為1：1，獲(huo)得(de)多界(jie)面(mian)(mian)交織(zhi)結構，可以調控鈦(tai)合金(jin)塊體(ti)的(de)三個(ge)維(wei)度方向(xiang)的(de)拉(la)伸(shen)性能。

18、第二(er)，ta2和tc4兩種異(yi)質(zhi)材料多界(jie)面交織體積比為1：1時，獲得異(yi)質(zhi)交織多界(jie)面鈦合金結構交織直壁體，單(dan)道多層堆疊方(fang)向(xiang)抗(kang)(kang)拉強度以及增材單(dan)道行(xing)進方(fang)向(xiang)抗(kang)(kang)拉強度均較高(gao)。

技術特征：

1.一(yi)種異質鈦(tai)合金等(deng)離子(zi)弧(hu)增(zeng)材交織方法，其特征在于：該(gai)方法包括步(bu)驟如下：

2.根(gen)據權利要求1所述的(de)一種異質鈦合金等離子弧增(zeng)材交織方法，其特(te)征在于(yu)：所述的(de)步驟（1）中通過對(dui)純鈦基板進行表(biao)面打磨去除其氧化層(ceng)完成表(biao)面處(chu)理。

3.根據(ju)權利要求1所述的(de)(de)一(yi)種異質(zhi)鈦合金等(deng)離子弧(hu)增材交織(zhi)方法，其特征在于：所述的(de)(de)步驟（1）中ta2純鈦焊絲(si)采用直徑為1.2mm的(de)(de)純鈦焊絲(si)，所述的(de)(de)tc4鈦合金焊絲(si)采用直徑為1.2mm鈦合金焊絲(si)。

4.根據權利要求3所述(shu)的(de)一種(zhong)異質鈦合(he)金等離(li)子弧(hu)(hu)增(zeng)材(cai)交織(zhi)方法，其(qi)特征在于：所述(shu)的(de)步驟（2）中等離(li)子弧(hu)(hu)焊系統運行參數具體(ti)如下：增(zeng)材(cai)噴嘴孔徑為(wei)(wei)(wei)3.2mm，增(zeng)材(cai)噴嘴距工件表面距離(li)為(wei)(wei)(wei)?6mm，鎢極(ji)回縮量為(wei)(wei)(wei)2.7mm，鎢極(ji)直徑為(wei)(wei)(wei)4.8mm，鎢極(ji)尖(jian)端(duan)角度為(wei)(wei)(wei)15°，離(li)子氣流(liu)量為(wei)(wei)(wei)0.8l/min，保護氣流(liu)量為(wei)(wei)(wei)20l/min。

5.根據權(quan)利要求4所(suo)述的一種異質鈦(tai)(tai)合金等離子弧增材交織(zhi)方(fang)法，其特征(zheng)在于(yu)：所(suo)述的步(bu)驟（2）中ta2純鈦(tai)(tai)焊(han)絲(si)(si)單道(dao)成形工藝(yi)參數(shu)如下：ta2純鈦(tai)(tai)焊(han)絲(si)(si)的送(song)絲(si)(si)角度為30°，增材電(dian)流為125a，送(song)絲(si)(si)速度為1.0m/min，增材速度為3mm/s；

6.根(gen)據權利要求1所述的一種異質(zhi)鈦合金等離子弧增(zeng)材交織方法，其(qi)特(te)征在(zai)于：所述的步驟（3）中每道ta2純(chun)鈦焊(han)絲(si)單(dan)道與(yu)每道tc4鈦合金焊(han)絲(si)單(dan)道所用焊(han)材體積比(bi)為(wei)1：1。

7.根(gen)據權利(li)要求5所述(shu)(shu)的一(yi)種異質鈦(tai)合金等離子弧增材交織(zhi)方法(fa)，其(qi)特(te)征在于：所述(shu)(shu)的步驟（3）中每一(yi)道(dao)焊絲單(dan)(dan)道(dao)成形后使用角(jiao)磨(mo)機打磨(mo)去(qu)除氧化膜(mo)，且同(tong)一(yi)單(dan)(dan)層的增材方向保持同(tong)向。

8.根據(ju)權利(li)要求7所述的(de)(de)一(yi)種異質鈦(tai)合(he)金等(deng)離子弧增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)(cai)交(jiao)織方(fang)法，其特征在(zai)于：所述的(de)(de)步驟(zou)（3）中第x+1層的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)(cai)方(fang)向與第x層的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)(cai)方(fang)向相反，第x+1層的(de)(de)焊絲單道增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)(cai)順(shun)序與第x層的(de)(de)焊絲單道增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)(cai)順(shun)序相同。

9.根據權利要(yao)求5所述(shu)的(de)一(yi)種異質鈦合(he)金等離(li)子弧增材交(jiao)織方(fang)法(fa)，其特征在于：所述(shu)的(de)步驟（3）中(zhong)同層相鄰兩焊絲單道之(zhi)間的(de)間距為(wei)6mm。

技術總結
本發明公開了一種異質鈦合金等離子弧增材交織方法，該方法包括步驟如下：首先備純鈦基板、TA2純鈦焊絲以及TC4鈦合金焊絲，并對純鈦基板進行表面處理；再準備等離子弧焊系統，確定TA2純鈦焊絲單道成形工藝參數以及TC4鈦合金焊絲單道成形工藝參數；最后在純鈦基板上按照TA2純鈦焊絲單道與TC4鈦合金焊絲單道相互交錯的排列方式形成基層，隨后逐層堆疊形成增材塊，所述的增材塊在每一層均是TA2純鈦焊絲單道與TC4鈦合金焊絲單道相互交錯排列，增材塊在每一列也是TA2純鈦焊絲單道與TC4鈦合金焊絲單道相互交錯排列。該方法能夠調控鈦合金塊體的三個維度方向的拉伸性能。

技術研發人員：樊坤知,史金飛,朱軍
受保護的技術使用者：南京工程學院
技術研發日：
技術公布日：2024/9/23