專利名稱：：一種利用ta15鈦合金邊角料的零件制造方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及利用鈦合金邊角料進行再制造技術(shù)，特別提供了一種利用TA15鈦合金邊角料的零件制造方法。
背景技術(shù)：
：鈦合金是現(xiàn)代飛機主承力結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)材料，軍用飛機鈦合金用量甚至達到全機結(jié)構(gòu)重量的20%41%，其中TA15鈦合金常被選用作為骨干材料之一。它具有中等的室溫和高溫強度、良好的熱穩(wěn)定性和焊接性能，其半成品有薄板、厚板、軋棒、鍛棒、模鍛件、鍛件、鑄件等，主要用于飛機中的加強框、梁、接頭、壁板、長桁、緊固件等。TA15鈦合金綜合性能優(yōu)異，對于減輕結(jié)構(gòu)重量、提高結(jié)構(gòu)效率、改善結(jié)構(gòu)可靠性、提高機體壽命、滿足高溫和高載以及腐蝕環(huán)境要求等能發(fā)揮重要作用。但是，這種材料制件的成本很高，例如TA15厚板達500元人民幣/千克，鍛件達800元人民幣/千克；鈦合金的工藝性很差，其機械加工比鋁合金和結(jié)構(gòu)鋼要困難得多，效率非常低下，例如鈦合金的經(jīng)濟切削速度僅為鋁合金的4.2%，而且需要專用特種刀具；鈦合金飛機制件的材料利用率很低，僅為8%10%。上述因素綜合，亦即一方面其材料和制造成本很高，而另一方面材料利用率極低，浪費非常嚴重，最終導致鈦合金制件成本高達20000元人民幣/千克之多。因此，高額制造成本是鈦合金制件存在的主要問題，也是制約其大規(guī)模應用的主要瓶頸。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種TA15鈦合金塊體邊角料制造合格零件的方法，通過該方法所制造的TA15零件，其結(jié)構(gòu)性能與鍛件相當，結(jié)構(gòu)完整性好，可實現(xiàn)鈦合金材料的循環(huán)使用及其再制造。本發(fā)明提供了一種利用TA15鈦合金邊角料的零件制造方法，其特征在于一一采用真空非接觸等離子熔化，將TA15鈦合金板材、棒材或鍛件機械加工后所剩余的塊體邊角料氬氣霧化制成粉末，以粉末霧化態(tài)真空罐裝，其中粉末60%以上為球形粉末，經(jīng)篩分和干燥，為30600目。一一利用激光按零件數(shù)模將鈦合金粉末逐層熔化沉積，直至堆積成所設計的零件毛坯；其中激光束功率不低于2.5kW，激光束斑直徑4>范圍為36mm，掃描速度范圍為510mm/min，粉末流量范圍為25~35g/min，單層沉積厚度不高于0.8mm。所述利用TA15鈦合金邊角料的零件制造方法，其特征在于所述金屬除TA15鈦合金外，還包括適合于激光逐層熔化沉積或激光快速成形的其它鈦合金。所述利用TA15鈦合金邊角料的零件制造方法，其特征在于激光束功率范圍為7000-8000W，激光束斑直徑4)范圍為35mm，掃描速度范圍為5~7mm/min，粉末流量范圍為25~27g/min本發(fā)明首次創(chuàng)造性地利用激光熔化沉積(激光快速成形)技術(shù)，實現(xiàn)了TA15塊體邊角料的循環(huán)使用，而且不需要再次熔煉和鍛軋，即可制造出合格的零件，并且零件的組織、成分、性能與用合格成品料所制成的零件完全相同，達到甚至超過鍛件水平。材料利用率顯著提高，制造成本大幅度降低，僅為傳統(tǒng)制造工藝制件的1/4，為合格成品料按激光熔化沉積制件成本的1/2。具體實施方式實施例1將傳統(tǒng)工藝機械加工所剩余的TA15塊體邊角料加工成截面約10X10mm20X20mm的棒材，長度不限，按照激光熔化沉積制造技術(shù)要求制成粉末；利用激光熔化沉積設備和工藝，按照零件數(shù)模進行零件近終形毛坯成形。TA15粉末成分為A16.5、Zr2.0、Mol.O、Vl.O、余量為Ti;采用C02激光器，輸出功率為8000W，光斑直徑為3mm，焦距500mm，掃描速率為5mm/min，粉末流量25g/min，用氬氣吹掃保護。表1TA15邊角料激光熔化沉積試件室溫拉伸性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表1中可以看出，由TA15塊體邊角料通過激光熔化沉積所制成試樣的室溫拉伸性能優(yōu)異，其強度甚至超過了鍛件，塑性與鍛件相當，性能的方向性不明顯。表2TA15邊角料激光熔化沉積試件高溫拉伸性能(50(TC)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表2中可以看出，由TA15塊體邊角料通過激光熔化沉積所制成試樣的高溫(500'C)拉伸性能高于鍛件，塑性與鍛件基本相當。通過表1、表2中的試驗數(shù)據(jù)可知，TA15塊體邊角料的激光熔化沉積制件具有很好的室溫強度和高溫強度，達到甚至超過了鍛件水平，其塑性也達到了鍛件水平。實施例2比較實施例1不同之處在于輸出功率為7000W,光斑直徑為5mm，掃描速率為7mm/min，粉末流量27g/min。通過表3、表4中的試驗數(shù)據(jù)可知，由TA15塊體邊角料通過激光熔化沉積所制成試樣的室溫拉伸性能優(yōu)異，其強度甚至超過了鍛件，塑性與鍛件相當，性能的方向性不明顯。表3TA15邊角料激光熔化沉積試件室溫拉伸性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>向10509357.013.5橫10009509.020.510109408.018.0向10609.017.5表4TA15邊角料激光熔化沉積試件高溫拉伸性能(50(TC)橫向ob(MPa)o02(MPa)s5橫向T171057012.560.0橫向T270556514.066.5橫向T370061510.032.5實施例3比較實施例1不同之處在于輸出功率為6000W，光斑直徑為6mm，掃描速率為9mm/min，粉末流量34g/min。通過表5、表6中的試驗數(shù)據(jù)可知，由TA15塊體邊角料通過激光熔化沉積所制成試樣的室溫拉伸性能較優(yōu)異，強度較強，塑性與鍛件相當，性能的方向性不明顯。表5TA15邊角料激光熔化沉積試件室溫拉伸性能取向ob(MPa)o0.2(MPa)S5縱9508508.034.09308607.011.5向9408557.012.5橫卿8408.018.59108307.016.0向9308208.015.5表6TA15邊角料激光熔化沉積試件高溫拉伸性能(50(TC)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例4比較實施例1不同之處在于輸出功率為5000W，光斑直徑為7mm，掃描速率為9mm/min，粉末流量30g/min。通過表7、表8中的試驗數(shù)據(jù)可知，由TA15塊體邊角料通過激光熔化沉積所制成試樣的室溫拉伸性能較優(yōu)異，強度較強，塑性與鍛件相當，性能的方向性不明顯。表7TA15邊角料激光熔化沉積試件室溫拉伸性會l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種利用TA15鈦合金邊角料的零件制造方法，其特征在于——采用真空非接觸等離子熔化，將TA15鈦合金板材、棒材或鍛件機械加工后所剩余的塊體邊角料氬氣霧化制成粉末，以粉末霧化態(tài)真空罐裝，其中粉末60％以上為球形粉末，經(jīng)篩分和干燥，為30～600目；——利用激光按零件數(shù)模將鈦合金粉末逐層熔化沉積，直至堆積成所設計的零件毛坯；其中激光束功率不低于2.5kW，激光束斑直徑φ范圍為3～6mm，掃描速度范圍為5～10mm/min，粉末流量范圍為25～35g/min，單層沉積厚度不高于0.8mm。2、按照權(quán)利要求1所述利用TA15鈦合金邊角料的零件制造方法，其特征在于所述金屬除TA15鈦合金外，還包括適合于激光逐層熔化沉積或激光快速成形的其它鈦合金。3、按照權(quán)利要求1所述利用TA15鈦合金邊角料的零件制造方法，其特征在于激光束功率范圍為7000~800OW，激光束斑直徑4>范圍為35mm，掃描速度范圍為57mm/min，粉末流量范圍為2527g/min。全文摘要一種利用TA15鈦合金邊角料的零件制造方法，其特征在于采用真空非接觸等離子熔化，將TA15鈦合金板材、棒材或鍛件機械加工后所剩余的塊體邊角料氬氣霧化制成粉末，以粉末霧化態(tài)真空罐裝；利用激光按零件數(shù)模將鈦合金粉末逐層熔化沉積，直至堆積成所設計的零件毛坯；本發(fā)明首次創(chuàng)造性地利用激光熔化沉積(激光快速成形)技術(shù)，實現(xiàn)了TA15鈦合金邊角料的循環(huán)使用，而且不需要再次熔煉和鍛軋，即可制造出合格的零件，并且零件的組織、成分、性能與用合格成品料所制成的零件完全相同，達到甚至超過鍛件水平。材料利用率顯著提高，制造成本大幅度降低，僅為傳統(tǒng)制造工藝制件的1/4，為合格成品料按激光熔化沉積所制件成本的1/2。文檔編號B22F8/00GK101259534SQ20081001027公開日2008年9月10日申請日期2008年1月29日優(yōu)先權(quán)日2008年1月29日發(fā)明者王云閣,王華明,王向明申請人:王云閣