中國突破600℃以上高溫鈦合金3D打印技術(shù),將應(yīng)用于某型號飛機
2019/9/5 16:48:55 來源:中國企業(yè)新聞網(wǎng)
導(dǎo)言:鈦合金3D打印,已經(jīng)有很多送粉、鋪粉類的金屬3D打印廠商可以做;但是高溫鈦合金,一直屬于一個技術(shù)難題。2019年9月,耐600℃以上高溫的鈦合金3D打印技術(shù),中國企業(yè)終于取得突破!
鈦合金3D打印,已經(jīng)有很多送粉、鋪粉類的金屬3D打印廠商可以做;但是高溫鈦合金,一直屬于一個技術(shù)難題。2019年9月,耐600℃以上高溫的鈦合金3D打印技術(shù),中國企業(yè)終于取得突破!
高溫鈦合金,具有優(yōu)異的熱強性、高比強度和良好的耐腐蝕性能,已經(jīng)成為航空、航天、艦船等高端裝備領(lǐng)域首選的新一代耐高溫高性能結(jié)構(gòu)材料。但是由于高溫鈦合金工藝性能的特殊性以及相對較高的材料成本,在制造較復(fù)雜形狀和薄壁異型構(gòu)件時,使用傳統(tǒng)工藝制造存在制造周期長、材料利用率低、制造成本較高等問題,亟待開發(fā)新的制造工藝。
高溫鈦合金材料激光沉積成形制件外觀(未做表面處理,耐600℃以上高溫)
南極熊了解到,為了解決上述問題,滿足高性能結(jié)構(gòu)材料3D打印的需求,鑫精合激光科技發(fā)展(北京)有限公司(以下簡稱鑫精合)自2017年開始,就持續(xù)開展了大量技術(shù)研發(fā)工作。
激光沉積增材制造技術(shù)原理
鑫精合采用激光沉積增材技術(shù)(俗稱送粉激光金屬3D打印技術(shù))進行高溫鈦合金材料成形制造,能夠?qū)崿F(xiàn)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件的低成本、快速整體成形,極大地提高材料利用率,同時節(jié)省模具成本、減少加工周期,能夠很好的適應(yīng)高端裝備領(lǐng)域?qū)焖夙憫?yīng)、智能制造的要求。
激光沉積增材制造工藝原理
以高功率激光為能量源,采用粉末同步送進的方式,將待熔粉末直接送入高能束激光產(chǎn)生的熔池中,由機床或機器人引導(dǎo)高能束激光逐層按軌跡行走,層層堆積最終成型出三維立體金屬零部件。
激光沉積增材制造技術(shù)優(yōu)勢
可以精確控制能量輸入、光斑直徑(熔道寬度)、成形方式、掃描路徑和層厚,實現(xiàn)任意復(fù)雜形狀金屬零件的成型制造。它在制造大型復(fù)雜高性能結(jié)構(gòu)時具有高效率、低成本、高質(zhì)量等優(yōu)勢。因此,研究高溫鈦合金材料的激光熔化沉積制造技術(shù)具有重要的理論意義和實用價值。
天津鐳明LM-S2510激光沉積增材制造設(shè)備
耐溫600℃以上高溫鈦合金材料的激光沉積增材工藝
鑫精合技術(shù)研發(fā)團隊首先從材料與工藝的匹配性入手,研究掌握了系列化耐溫600℃以上高溫鈦合金材料的激光沉積增材工藝適應(yīng)性。同時,鑫精合與中國科學院金屬研究所、航天科工三院等單位合作,形成強強聯(lián)合,開展了Ti60、Ti65、Ti750等高溫鈦合金牌號及800℃度以上鈦合金基復(fù)合材料的材料開發(fā)、工藝摸索與設(shè)計應(yīng)用技術(shù)研究,特別是通過六送粉頭同時噴射多種不同合金元素及復(fù)合材料的方式,很好解決了傳統(tǒng)冶煉過程偏析和難熔及多梯度溫度冶煉難等問題,解決材料開發(fā)中的工藝性限制問題。
經(jīng)過努力,鑫精合突破了600℃以上高溫鈦合金材料的激光沉積制造技術(shù),掌握系列化高溫鈦合金材料的增材制造工藝。他們研發(fā)了高溫鈦合金材料分區(qū)成形策略、負搭接長城形掃描策略,結(jié)合搭接率參數(shù)的合理控制,并采用在激光沉積增材制造過程中添加活性金屬粉末等方式,消除了高溫鈦合金激光沉積過程中可能出現(xiàn)的細微缺陷,實現(xiàn)了高溫鈦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鐳明的LM-S2510激光沉積成形設(shè)備,制造出的600℃以上高溫鈦合金產(chǎn)品,已經(jīng)在某飛機型號領(lǐng)域得到裝機應(yīng)用。
高溫鈦合金激光沉積成形組織形貌(左圖:優(yōu)化前 右圖:優(yōu)化后)
3D打印的高溫鈦合金構(gòu)件,內(nèi)部組織均勻致密、缺陷可控,外觀平整勻稱,制件強度高、耐高溫性好,綜合性能優(yōu)異。以某牌號高溫鈦合金為例,金屬零件性能表現(xiàn)為:
室溫抗拉強度達到1080MPa,屈服強度達到980MPa,延伸率達10%以上,沖擊韌性αKU達到30J/cm2以上;
600℃高溫拉伸強度可達700MPa,屈服強度達到560MPa,延伸率達到20%;
650℃高溫拉伸強度到達640MPa,屈服強度達到500MPa,延伸率接近30%;
600℃450MPa應(yīng)力下的高溫持久達到30h以上;
650℃330MPa應(yīng)力下的高溫持久平均達到15h以上,并具有較高的斷裂韌性值KIC。
鑫精合增材制造高溫鈦合金材料典型性能
激光沉積增材制造的高溫鈦合金材料,以其良好的綜合性能,特別是600℃以上優(yōu)異的高溫性能,將有望在航空航天、艦船和化工等各行業(yè)廣泛應(yīng)用。這個技術(shù)的應(yīng)用突破,將為我國高端裝備制造領(lǐng)域提供更強有力的高性能材料和工藝技術(shù)。
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