一种高温钛合金大型复杂航空结构件激光沉积制造方法与流程

本发明属于高温钛合金增材制造领域，尤其涉及一种高温钛合金大型复杂航空结构件激光沉积制造方法。

背景技术：

1、航空航天工业的快速发展使钛合金的使用温度从室温逐渐提高到650℃。目前可在650℃高温下使用的钛合金主要有bt36、ti1100及ti65等，可用于制造发动机叶片和高温结构件。但这些高温钛合金工艺塑性较差，采用传统轧和锻等方式很难成形大型复杂的航空结构件，因此提出了高温钛合金大型复杂航空结构件的激光沉积制造。

2、激光沉积制造技术是增材制造技术的一种，利用激光作为热源将金属粉末融化，结合cad三维建模软件，采用自下而上逐层累积的方法制造金属件。该技术能够实现复杂金属件的近净成形，与传统制造工艺(铸、锻)相比，既缩短了生产周期又提高了材料的利用率，因此在航空航天领域得到了广泛的应用。激光沉积是一个多物理场耦合的过程，材料在短时间内完成熔化、冷却和凝固，因此沉积件容易出现尺寸精度不高和开裂等宏观缺陷。高温钛合金由于自身化学成分的影响，塑性更差，在激光成形过程中更容易发生开裂，特别是大型复杂的零件，很难保证其一次完美成形。

3、针对现有技术中存在的不足之处，有必要针对大型复杂高温钛合金航空结构件提出一种能够防止其成形过程中开裂的激光沉积制造方法和流程。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，针对以上问题提供一种高温钛合金大型复杂航空结构件激光沉积制造方法，包括以下步骤：

2、步骤一：对大型复杂高温钛合金航空结构件毛坯的三维模型进行分块处理；

3、步骤二：准备符合要求的钛合金基板，并对基板进行前处理；将分块处理后的每块模型导入激光沉积设备中，进行激光沉积前的参数设置；

4、步骤三：针对第一沉积块，取其最大尺寸方向为沉积方向，在激光沉积设备中沉积第一块；当沉积高度为100mm的倍数时，需将成形件放于真空热处理炉中进行热处理。整个块成形完毕后，也要对其进行相同的热处理；

5、步骤四：按照步骤三，依次沉积其它块；

6、步骤五：对要连接的相邻两个成形块进行切削加工，在连接处加工出坡口，并预置一定放置角度，用来补偿连接中的角度变形；

7、步骤六：采用同样的沉积设备和参数，对需连接的两个成形块进行激光沉积连接，当连接处沉积高度为10mm的倍数时，将连接件放于真空热处理炉中进行热处理。连接完毕后，对连接件进行相同的热处理；

8、步骤七：重复步骤六，连接其它块，直至形成整个毛坯件。

9、所述的步骤一中，依据试验和模拟分析结果，综合考虑生产效率和成形质量，需保证分块后每块尺寸不大于220mm×500mm×30mm。

10、所述的步骤二中，为了保证成形过程中不发生开裂，基板厚度取10-12mm。

11、所述的步骤三、四、六和七中，激光沉积主要技术参数为：

12、激光功率5000w；

13、光斑直径5mm；

14、送粉速率10-20g/min；

15、扫描速度600-720mm/min；

16、单层层高为0.7-0.8mm；

17、搭接率50％；

18、扫描方式为短边往复扫描。

19、所述的步骤三、四、六和七中，为了提高塑性，防止开裂，采用退火热处理，其参数为：700℃4h fc。

20、所述的步骤五中，对待连接件进行连接前，连接处坡口加工为50°的斜面；并将待连接件预置3°的放置角度，用来补偿连接中的角度变形，如图2所示。

21、所述的步骤三和四中涉及的多个沉积块，可同步在多个激光沉积设备中完成，以提高生产效率。

22、所述的步骤五和六中涉及的不同沉积块间的连接时，可同步在多个激光沉积设备中完成，以提高生产效率。

23、本发明与现有技术相比的优点在于：

24、本发明成功地采用激光沉积制造成形了高温钛合金大型复杂航空结构毛坯件，激光沉积制造过程中，利用先分块再连接、多次退火热处理以及预制变形补偿等技术，通过试验和理论分析，得出了分块的最大尺寸、沉积参数、热处理参数、连接处坡口尺寸以及连接时的补偿变形量，显著提高了高温钛合金大型复杂航空结构毛坯件的成形质量和效率。采用这种流程成形的结构件无开裂，结构完整，用该方法成形的大型复杂高温钛合金结构件可以广泛应用于航空领域的高温部位。

技术特征：

1.一种高温钛合金大型复杂航空结构件激光沉积制造方法，其特征在于：步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种高温钛合金大型复杂航空结构件激光沉积制造方法，其特征在于：所述的步骤一中，依据试验和模拟分析结果，考虑生产效率和成形质量，分块后每块尺寸不大于220mm×500mm×30mm。

3.根据权利要求1所述的一种高温钛合金大型复杂航空结构件激光沉积制造方法，其特征在于：所述的步骤二中，基板厚度取10-12mm。

4.根据权利要求1所述的一种高温钛合金大型复杂航空结构件激光沉积制造方法，其特征在于：所述的步骤三、四、六和七中，激光沉积术参数为：

5.根据权利要求1所述的一种高温钛合金大型复杂航空结构件激光沉积制造方法，其特征在于：所述的步骤三、四、六和七中，采用退火热处理，其参数为：700℃4h fc。

6.根据权利要求1所述的一种高温钛合金大型复杂航空结构件激光沉积制造方法，其特征在于：所述的步骤五中，对待连接件进行连接前，连接处坡口加工为50°的斜面；并将待连接件预置3°的放置角度，用来补偿连接中的角度变形。

7.根据权利要求1所述的一种高温钛合金大型复杂航空结构件激光沉积制造方法，其特征在于：所述的步骤三和四中涉及的多个沉积块，能同步在多个激光沉积设备中完成。

8.根据权利要求1所述的一种高温钛合金大型复杂航空结构件激光沉积制造方法，其特征在于：所述的步骤五和六中涉及的不同沉积块间的连接时，能同步在多个激光沉积设备中完成。

技术总结本发明涉及高温钛合金增材制造领域，具体涉及一种高温钛合金大型复杂航空结构件激光沉积制造方法，步骤如下：S1；对航空结构件毛坯的三维模型进行分块处理；S2；对基板进行前处理；S3；针对第一沉积块，取其最大尺寸方向为沉积方向，在激光沉积设备中沉积第一块；S4；按照步骤三的方法，依次沉积其它块；S5；对要连接的相邻两个成形块进行切削加工，在连接处加工出坡口，并预置一定放置角度，用来补偿连接中的角度变形；S6；采用同样的沉积设备和参数，对需连接的两个成形块进行激光沉积连接；S7；重复步骤五和六，连接其它块。本发明成形的结构件无开裂，结构完整，显著提高了高温钛合金大型复杂航空结构毛坯件的成形质量和效率。技术研发人员：李晓丹,殷俊,高郑宇,倪家强受保护的技术使用者：沈阳飞机工业（集团）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/12