鈦合金TC4電子束熔絲打印技術獲得突破性進展

閱讀次數:208     發布時間:2021-01-15

鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬,鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域,在航空航天軍工領域主要用于制造飛機隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構件、飛機發動機壓氣機部件、火箭導彈和高速飛行器的結構件。鈦合金在軍用飛機中的用量可達到飛機結構重量的20%25%,在航空發動機中的用量一般占結構總重量的20%30%。第一個實用的鈦合金是1954年美國研制成功的TC4Ti-6Al-4V,它是鈦合金工業中的王牌合金,其它許多鈦合金可視為其改型,該合金使用量已占全部鈦合金的75%85%。

鈦合金傳統加工方法加工難度大,加工周期長,材料利用率低。一些大型結構還具有復雜的形狀或特殊規格,用鍛造方法難以實現,一些具有極其復雜外形的中小型零件,如帶有空間曲面及密集復雜孔道結構等,用傳統制造方法很難制造。據統計,我國大型航空鈦合金零件的材料利用率非常低,平均不超過10 %;模鍛、鑄造還需要大量的工裝模具,由此帶來研制成本的上升。通過使用基于金屬粉末和絲材的高能束流金屬打印技術生產鈦合金零件,可以實現結構的整體化,降低成本和周期,達到"快速反應,無模一體制造"的目的,可以節省材料三分之二以上,數控加工時間減少一半以上,同時無須模具,能夠將研制成本尤其是首件、小批量的研制成本大大降低。

西安智熔金屬打印系統有限公司(西安智熔)是中國領先的電子束金屬打印系統及打印服務供應商,其自行研發生產的熔絲式電子束金屬打印機適于高速低成本制造大型金屬結構件。為了拓展在材料性能要求極高的航空鈦合金結構件尤其承受疲勞載荷的結構件制造方面的應用,西安智熔技術團隊進行了大量的打印工藝技術研究并取得了突破性進展,掌握了實現優良力學性能,尤其疲勞性能的打印工藝參數組合,為金屬打印技術在大型航空鈦合金承力結構件的應用打下了堅實的基礎。

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        2020年,中國科學院金屬研究所對西安智熔利用其自行研發生產的ZCompleX3型電子束熔絲金屬打印機成形的TC4合金試塊熱等靜壓處理后進行Al元素含量檢測、X射線探傷、以及不同方向和應力比條件下的高周疲勞極限測試,其中Al含量在5.9~6.13之間,基本控制在TC4合金Al元素成分范圍的中線;試塊內部無X射線可探查的缺陷;試樣采用兩相區固溶+低溫時效的雙重熱處理工藝后,在拉-拉和拉-壓應力條件下基于107的室溫高周疲勞極限Mpa,在XZ方向均高于TC4合金棒材的要求【航空發動機設計用材料數據手冊(第4冊). 北京:航空工業出版社, 2010.12

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西安智熔金屬打印系統有限公司是中國少數專注于電子束熱源技術路線的金屬3D打印技術公司之一,在熔絲式電子束金屬打印技術領域和粉床式電子束金屬打印技術領域,具有自主知識產權的核心技術,設計生產基于其領先的EBVF3?技術平臺的ZCompleX? 系列熔絲式電子束金屬打印系統以及基于其獨有的SmartBeam?技術平臺的ZScan?系列粉床式電子束金屬打印系統。西安智熔設立專門的子公司浙江智熔增材制造技術有限公司從事打印服務。


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