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中国突破600℃以上耐高温钛合金3D打印技术,将应用于某型号飞机
2019-10-09 15:58:58 | 【 【打印】【关闭】

  高温钛合金,具有优异的热强性、高比强度和良好的耐腐蚀性能,已经成为航空、?#25945;臁?#33328;船等高端装备领域首选的新一代耐高温高性能结构材料。但是由于高温钛合金工艺性能的特殊性以及相对较高的材料成本,在制造较复?#26377;?#29366;和薄壁异型构件?#20445;?#20351;用传统工艺制造存在制造周期长、材料利用?#23454;汀?#21046;造成本较高等问题,亟待开发新的制造工艺。

  

   △高温钛合金材料激光沉积成形制件外观(未做表面处理,耐600℃以上高温)

  为了解决上述问题,满足高性能结构材料3D打印的需求,鑫精合激光科技发展(北京)有限公司(以下简称鑫精合)自2017年开始,?#32479;中?#24320;展了大量技术研发工作。

  激光沉积增材制造技术(LMD)原理 

  鑫精合采用激光沉积增材技术(俗称送粉激光金属3D打印技术)进行高温钛合金材料成形制造,能够实现大型复杂结构零部件的低成本、快速整体成形,极大地提高材料利用率,同时节省模具成本、减少加工周期,能够很好的适应高端装备领域对快速响应、智能制造的要求。

  

   △激光沉积增材制造工艺原理

  以高功率激光为能量源,采用粉末同步送进的方式,将待熔粉末直接送入高能束激光产生的熔池中,由机?#19981;?#26426;器人引导高能束激光逐层按轨迹行走,层层堆积最终成型出三维立体金属零部件。

  激光沉积增材制造技术优势 

  可以精确控制能量输入、光斑?#26412;叮?#29076;道宽度)、成形方式、扫描路径和层厚,实现?#25105;?#22797;?#26377;?#29366;金属零件?#26576;?#22411;制造。它在制造大型复杂高性能结构?#26412;?#26377;高效率、低成本、高质量等优势。因此,研究高温钛合金材?#31995;?#28608;光熔化沉积制造技术具有重要的理论意义和实用价值。

  

 

  △天津镭明LM-S2510激光沉积增材制造设备

  耐温600℃以上高温钛合金材?#31995;?#28608;光沉积增材工艺 

  鑫精合技术研发团队首先从材料与工艺的匹配性入手,研究掌握了系列化耐温600℃以上高温钛合金材?#31995;?#28608;光沉积增材工艺适应性。同?#20445;?#37995;精合与中国科学院金属研究所、?#25945;?#31185;工三院等单位合作,形成强强联合,开展了Ti60、Ti65、Ti750等高温钛合金牌号及800℃度以上钛合金基复合材?#31995;?#26448;料开发、工艺摸索与设计应用技术研究,特别是通过六送粉头同时喷射多种不同合金元素及复合材?#31995;?#26041;式,很好解决了传统冶炼过程偏析和难熔及多梯度温度冶炼难等问题,解决材料开发中的工艺性限制问题。

  经过努力,鑫精合突破了600℃以上高温钛合金材?#31995;?#28608;光沉积制造技术,掌握系列化高温钛合金材?#31995;?#22686;材制造工艺。他们研发了高温钛合金材料分区成?#23614;?#30053;、负搭接长城形扫描策略,结合搭接率参数的合理控制,并采用在激光沉积增材制造过程中添加活性金属粉末等方式,消除了高温钛合金激光沉积过程中可能出现的细微缺陷,实现了高温钛合金的高性能和高可靠性成形制造。

  鑫精合旗下子公司天津镭明的LM-S2510激光沉积成形设备,制造出的600℃以上高温钛合金产品,已经在某飞机型号领域得到装机应用。

  

   △高温钛合金激光沉积成形组织形貌(左图:优化前  右图:优化后)

  3D打印的高温钛合金构件,内部组织均匀致密、缺陷可控,外观平整匀称,制件强度高、耐高温?#38498;茫?#32508;合性能优异。以某牌号高温钛合金为例,金属零件性能表现为:

  室温抗拉强度达到1080MPa,屈服强度达到980MPa,?#30001;炻蚀?0%以上,冲击韧性αKU达到30J/cm2以上;

  600℃高温拉伸强度可达700MPa,屈服强度达到560MPa,?#30001;炻蚀?#21040;20%;

  650℃高温拉伸强度到达640MPa,屈服强度达到500MPa,?#30001;?#29575;接近30%;

  600℃450MPa应力下的高温持久达到30h以上;

  650℃330MPa应力下的高温持久平均达到15h以上,并具有较高的断裂韧性值KIC。

  激光沉积增材制造的高温钛合金材料,以其良好的综合性能,特别是600℃以上优异的高温性能,将?#22411;?#22312;航空?#25945;臁?#33328;船?#31361;?#24037;等各行业广泛应用。这个技术的应用突破,将为我国高端装备制造领域提供更强有力的高性能材料和工艺技术。

  文章来源: OFweek3D打印网 

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