一种异质钛合金等离子弧增材交织方法

本发明属于涉及异质钛合金增材，具体涉及一种异质钛合金等离子弧增材交织方法。

背景技术：

1、目前，由于对钛合金的加工需要较大的切削力和较高的切削温度，在切削加工过程中对切削刀具提出了更高的要求，而且钛合金材料的切削效率只有铝合金的15%，所以钛合金材料还面临加工成本高、利用率低的问题。同时，钛及钛合金板材产品加工工艺日益成熟，然而产品质量参差不齐，部分企业产品合格率偏低[13]，日趋壮大的钛合金市场对钛合金板材性能也不断提出新要求，例如提高批次稳定性、低各向异性、低成本等。这是对钛及钛合金的应用提出的全新挑战。综上所述，将电弧增材制造技术运用到钛合金材料制造中是一种发展趋势。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的在于提供一种异质钛合金等离子弧增材交织方法。

2、技术方案：本发明公开了一种异质钛合金等离子弧增材交织方法，该方法包括步骤如下：

3、（1）准备纯钛基板、ta2纯钛焊丝以及tc4钛合金焊丝，并对纯钛基板进行表面处理；

4、（2）准备等离子弧焊系统，确定ta2纯钛焊丝单道成形工艺参数以及tc4钛合金焊丝单道成形工艺参数；

5、（3）在纯钛基板上按照ta2纯钛焊丝单道与tc4钛合金焊丝单道相互交错的排列方式形成基层，随后逐层堆叠形成增材块，所述的增材块在每一层均是ta2纯钛焊丝单道与tc4钛合金焊丝单道相互交错排列，增材块在每一列也是ta2纯钛焊丝单道与tc4钛合金焊丝单道相互交错排列。

6、进一步的，步骤（1）中通过对纯钛基板进行表面打磨去除其氧化层完成表面处理。

7、进一步的，步骤（1）中ta2纯钛焊丝采用直径为1.2mm的纯钛焊丝，所述的tc4钛合金焊丝采用直径为1.2mm钛合金焊丝。

8、进一步的，步骤（2）中等离子弧焊系统运行参数具体如下：增材喷嘴孔径为3.2mm，增材喷嘴距工件表面距离为 6mm，钨极回缩量为2.7mm，钨极直径为4.8mm，钨极尖端角度为15°，离子气流量为0.8l/min，保护气流量为20l/min。

9、进一步的，步骤（2）中ta2纯钛焊丝单道成形工艺参数如下：ta2纯钛焊丝的送丝角度为30°，增材电流为125a，送丝速度为1.0m/min，增材速度为3mm/s；

10、tc4钛合金焊丝单道成形工艺参数如下：tc4钛合金焊丝的送丝角度为30°，增材电流为120a，送丝速度为1.0m/min，增材速度为3mm/s。

11、进一步的，步骤（3）中每道ta2纯钛焊丝单道与每道tc4钛合金焊丝单道所用焊材体积比为1：1。

12、进一步的，步骤（3）中每一道焊丝单道成形后使用角磨机打磨去除氧化膜，且同一单层的增材方向保持同向。

13、进一步的，步骤（3）中第x+1层的增材方向与第x层的增材方向相反，第x+1层的焊丝单道增材顺序与第x层的焊丝单道增材顺序相同。

14、进一步的，步骤（3）中同层相邻两焊丝单道之间的间距为6mm。

15、进一步的，不同比例ta2与tc4直壁体的金相组织结构在对应材料区域与单一材料的直壁体区别不大，但是在ta2与tc4交接处有明显的界面，构成界面的主要原因就是ta2区域的马氏体晶粒生长被tc4区域的原始柱状β晶粒阻隔，从而形成明显的界面，并且在ta2整体占比较高的直壁体中，ta2与tc4交界处也有一段过渡区域。不过在7ta2：3tc4直壁体和3ta2：7tc4直壁体中都有区域有明显的裂纹缺陷区域，而5ta2：5tc4直壁体中基本没有明显的裂纹缺陷区，所以多道多层块体结构使用ta2与tc4总占比为1：1的比例设计。该1：1的设计比例下交织直壁体单道多层堆叠方向抗拉强度888.69mpa与增材单道行进方向856.8mpa相近，有别于其余体积比下明显的各向异性趋向各向同性。

16、ta2与tc4交织直壁体ta2部分和纯ta2直壁体相比平均显微硬度有部分提高，不同比例ta2与tc4交织直壁体tc4部分平均显微硬度均低于纯tc4直壁体。这是因为在ta2与tc4交织增材过程中，tc4中的铝和钒的合金元素会向ta2中扩散，起到固溶强化和稳定β相的效果，从而影响ta2部分显微硬度值，相反，tc4部分因为合金元素铝和钒的减少，显微硬度有所下降。

17、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：第一，使用ta2和tc4两种异质材料，利用等离子弧增材制造，增材单道层高稳定控制在0.6mm，获得异质交织多界面钛合金结构。通过设计ta2和tc4两种异质材料的交织体积比为1：1，获得多界面交织结构，可以调控钛合金块体的三个维度方向的拉伸性能。

18、第二，ta2和tc4两种异质材料多界面交织体积比为1：1时，获得异质交织多界面钛合金结构交织直壁体，单道多层堆叠方向抗拉强度以及增材单道行进方向抗拉强度均较高。

技术特征：

1.一种异质钛合金等离子弧增材交织方法，其特征在于：该方法包括步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种异质钛合金等离子弧增材交织方法，其特征在于：所述的步骤（1）中通过对纯钛基板进行表面打磨去除其氧化层完成表面处理。

3.根据权利要求1所述的一种异质钛合金等离子弧增材交织方法，其特征在于：所述的步骤（1）中ta2纯钛焊丝采用直径为1.2mm的纯钛焊丝，所述的tc4钛合金焊丝采用直径为1.2mm钛合金焊丝。

4.根据权利要求3所述的一种异质钛合金等离子弧增材交织方法，其特征在于：所述的步骤（2）中等离子弧焊系统运行参数具体如下：增材喷嘴孔径为3.2mm，增材喷嘴距工件表面距离为 6mm，钨极回缩量为2.7mm，钨极直径为4.8mm，钨极尖端角度为15°，离子气流量为0.8l/min，保护气流量为20l/min。

5.根据权利要求4所述的一种异质钛合金等离子弧增材交织方法，其特征在于：所述的步骤（2）中ta2纯钛焊丝单道成形工艺参数如下：ta2纯钛焊丝的送丝角度为30°，增材电流为125a，送丝速度为1.0m/min，增材速度为3mm/s；

6.根据权利要求1所述的一种异质钛合金等离子弧增材交织方法，其特征在于：所述的步骤（3）中每道ta2纯钛焊丝单道与每道tc4钛合金焊丝单道所用焊材体积比为1：1。

7.根据权利要求5所述的一种异质钛合金等离子弧增材交织方法，其特征在于：所述的步骤（3）中每一道焊丝单道成形后使用角磨机打磨去除氧化膜，且同一单层的增材方向保持同向。

8.根据权利要求7所述的一种异质钛合金等离子弧增材交织方法，其特征在于：所述的步骤（3）中第x+1层的增材方向与第x层的增材方向相反，第x+1层的焊丝单道增材顺序与第x层的焊丝单道增材顺序相同。

9.根据权利要求5所述的一种异质钛合金等离子弧增材交织方法，其特征在于：所述的步骤（3）中同层相邻两焊丝单道之间的间距为6mm。

技术总结
本发明公开了一种异质钛合金等离子弧增材交织方法，该方法包括步骤如下：首先备纯钛基板、TA2纯钛焊丝以及TC4钛合金焊丝，并对纯钛基板进行表面处理；再准备等离子弧焊系统，确定TA2纯钛焊丝单道成形工艺参数以及TC4钛合金焊丝单道成形工艺参数；最后在纯钛基板上按照TA2纯钛焊丝单道与TC4钛合金焊丝单道相互交错的排列方式形成基层，随后逐层堆叠形成增材块，所述的增材块在每一层均是TA2纯钛焊丝单道与TC4钛合金焊丝单道相互交错排列，增材块在每一列也是TA2纯钛焊丝单道与TC4钛合金焊丝单道相互交错排列。该方法能够调控钛合金块体的三个维度方向的拉伸性能。

技术研发人员：樊坤知,史金飞,朱军
受保护的技术使用者：南京工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23