一種增材制造TC4鈦合金的電致裂紋愈合方法

本發明屬于鈦合金缺陷修復領域，具體涉及一種增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法。

背景技術：

1、為了減輕機體重量，提高機體壽命，降低制造成本，飛機結構中大型整體關鍵結構件的使用越來越多，其成形制造技術被認為是對飛機工業裝備研制與生產具有重要影響的核心制造技術之一。tc4鈦合金不僅重量較輕，且具有高強度和耐高溫性能，是目前鈦合金整體結構件用量最大的鈦合金材料，如美國f-22后機身加強框、f-14的中央翼盒以及c919飛機的中央翼緣條均有應用。

2、近年來發現采用增材制造技術制備的鈦合金能有效減少材料浪費，降低加工成本，已作為承力結構在航空領域獲得應用。然而，在增材制造過程中，構件經歷周期性、非穩態的循環加熱冷卻作用，成型件會不可避免地出現臺階、孔隙、微裂紋以及未熔合缺陷。這些缺陷的存在會減小材料的有效承載面積，且作為典型的應力集中源，會誘導疲勞裂紋形核，甚至促進裂紋的擴展，使得零部件的可靠性迅速下降，是導致零部件失效的最廣泛的原因之一，尤其是金屬材料內部微裂紋，被視為增材制造構件可靠性服役的一大難題，因此應采取一定的控制措施。

3、傳統復合軋制工藝、熱等靜壓處理和高溫熱處理等方法在解決上述難題時費時費力，價格昂貴，且需要額外施加應力或對試樣進行整體加熱，影響其微觀組織及力學性能，導致目前無法實現增材制造技術制備的鈦合金材料的高效率和高質量缺陷修復。

技術實現思路

1、針對現有技術中存在的問題，本發明提出了一種增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法，通過電脈沖技術對增材制造tc4鈦合金構件的裂紋缺陷進行快速修復，從而提升其強塑性，擴大其應用范圍。

2、本發明是通過以下技術方案來實現:

3、一種增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法，利用脈沖電源，在真空環境下對待裂紋愈合的所述tc4鈦合金進行加熱，實現對所述tc4鈦合金的裂紋愈合處理。

4、優選的，所述真空環境的真空度≤10-3pa。

5、優選的，將待裂紋愈合的所述tc4鈦合金放入手套箱中，再與脈沖電源連接，抽真空后進行加熱處理。

6、進一步，放入手套箱中的所述tc4鈦合金分別與脈沖電源的正極、負極相連接。

7、進一步，采用銅編織帶作為電極，將所述tc4鈦合金分別與脈沖電源的正極、負極相連接。

8、優選的，脈沖電源用55-60v的脈沖電壓，對待裂紋愈合的所述tc4鈦合金進行加熱。

9、進一步，待裂紋愈合的所述tc4鈦合金在55-60v的脈沖電壓下加熱10-20min，實現對所述tc4鈦合金的裂紋愈合處理。

10、優選的，待裂紋愈合的所述tc4鈦合金加熱完成后，再進行空冷，完成對所述tc4鈦合金的裂紋愈合處理。

11、進一步，待裂紋愈合的所述tc4鈦合金加熱完成后，關閉脈沖電源在手套箱中空冷，完成對所述tc4鈦合金的裂紋愈合處理。

12、優選的，關閉脈沖電源后，加熱完成的tc4鈦合金在手套箱中空冷至室溫，完成對所述tc4鈦合金的裂紋愈合處理。

13、與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

14、本發明一種增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法，在真空環境下，對增材制造的裂紋損傷tc4鈦合金進行脈沖電流處理，由于焦耳熱效應和尖端繞流效應在裂紋尖端產生一定熱壓應力使其快速閉合，最終實現增材制造鈦合金裂紋高質量高效率愈合，繼而提升其強塑性，擴大其應用范圍。脈沖電流處理能夠有效改善增材制造合金組織缺陷，如粗大的β柱狀晶、孔洞及熔合不良，也能達到去應力退火的作用，同時該方法能有效抑制β晶粒的異常粗化，減弱晶界連續α相，既不會提高α/β轉變溫度，也不會影響無缺陷區域基體組織。目前對于鈦合金組織調控及缺陷修復多采用傳統的熱軋、熱等靜壓以及高溫熱處理等方式，要么需要另外施加應力，要么需要對試樣整體進行加熱，一定程度上會影響合金組織及力學性能，本發明不需要外加熱場及應力場，僅通過調整電脈沖加熱的脈沖電壓，便可在短時間內實現增材制造tc4鈦合金裂紋電致愈合效果，操作簡單，快速高效，并且節能環保，具有顯著的優勢，在增材制造金屬材料缺陷修復領域有良好的應用前景。

技術特征：

1.一種增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法，其特征在于，利用脈沖電源，在真空環境下對待裂紋愈合的所述tc4鈦合金進行加熱，實現對所述tc4鈦合金的裂紋愈合處理。

2.根據權利要求1所述的增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法，所述真空環境的真空度≤10-3pa。

3.根據權利要求1所述的增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法，將待裂紋愈合的所述tc4鈦合金放入手套箱中，再與脈沖電源連接，抽真空后進行加熱處理。

4.根據權利要求3所述的增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法，放入手套箱中的所述tc4鈦合金分別與脈沖電源的正極、負極相連接。

5.根據權利要求4所述的增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法，采用銅編織帶作為電極，將所述tc4鈦合金分別與脈沖電源的正極、負極相連接。

6.根據權利要求1所述的增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法，脈沖電源用55-60v的脈沖電壓，對待裂紋愈合的所述tc4鈦合金進行加熱。

7.根據權利要求6所述的增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法，待裂紋愈合的所述tc4鈦合金在55-60v的脈沖電壓下加熱10-20min，實現對所述tc4鈦合金的裂紋愈合處理。

8.根據權利要求3所述的增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法，待裂紋愈合的所述tc4鈦合金加熱完成后，再進行空冷，完成對所述tc4鈦合金的裂紋愈合處理。

9.根據權利要求8所述的增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法，待裂紋愈合的所述tc4鈦合金加熱完成后，關閉脈沖電源在手套箱中空冷，完成對所述tc4鈦合金的裂紋愈合處理。

10.根據權利要求9所述的增材制造tc4鈦合金的電致裂紋愈合方法，關閉脈沖電源后，加熱完成的tc4鈦合金在手套箱中空冷至室溫，完成對所述tc4鈦合金的裂紋愈合處理。

技術總結
本發明一種增材制造TC4鈦合金的電致裂紋愈合方法，屬于鈦合金缺陷修復領域，所述方法利用脈沖電源，在真空環境下對待裂紋愈合的所述TC4鈦合金進行加熱，實現對所述TC4鈦合金的裂紋愈合處理。本發明不需要外加熱場及應力場，僅通過調整電脈沖加熱的脈沖電壓，便可在短時間內實現增材制造TC4鈦合金裂紋電致愈合效果，操作簡單，快速高效，并且節能環保，具有顯著的優勢，在增材制造金屬材料缺陷修復領域有良好的應用前景。通過電脈沖技術對增材制造TC4鈦合金構件的裂紋缺陷進行快速修復，從而提升其強塑性，擴大其應用范圍。

技術研發人員：譚長生,包婷婷,樊伊朵,張國君
受保護的技術使用者：西安理工大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21