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钛合金TC4电子束熔丝打印技术获得突破性进展
发布时间:2021-01-05 丨 阅读次数:220

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域,在航空航天军工领域主要用于制造飞机隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件、飞机发动机压气机部件、火箭导弹和高速飞行器的结构件。钛合金在军用飞机中的用量可达到飞机结构重量的20%~25%,在航空发动机中的用量一般占结构总重量的20%~30%。第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的TC4即Ti-6Al-4V,它是钛合金工业中的王牌合金,其它许多钛合金可视为其改型,该合金使用量已占全部钛合金的75%~85%。

钛合金传统加工方法加工难度大,加工周期长,材料利用率低。一些大型结构还具有复杂的形状或特殊规格,用锻造方法难以实现,一些具有极其复杂外形的中小型零件,如带有空间曲面及密集复杂孔道结构等,用传统制造方法很难制造。据统计,我国大型航空钛合金零件的材料利用率非常低,平均不超过10 %;模锻、铸造还需要大量的工装模具,由此带来研制成本的上升。通过使用基于金属粉末和丝材的高能束流金属打印技术生产钛合金零件,可以实现结构的整体化,降低成本和周期,达到"快速反应,无模一体制造"的目的,可以节省材料三分之二以上,数控加工时间减少一半以上,同时无须模具,能够将研制成本尤其是首件、小批量的研制成本大大降低。

西安智熔金属打印系统有限公司(西安智熔)是中国领先的电子束金属打印系统及打印服务供应商,其自行研发生产的熔丝式电子束金属打印机适于高速低成本制造大型金属结构件。为了拓展在材料性能要求极高的航空钛合金结构件尤其承受疲劳载荷的结构件制造方面的应用,西安智熔技术团队进行了大量的打印工艺技术研究并取得了突破性进展,掌握了实现优良力学性能,尤其疲劳性能的打印工艺参数组合,为金属打印技术在大型航空钛合金承力结构件的应用打下了坚实的基础。

2020年,中国科学院金属研究所对西安智熔利用其自行研发生产的ZcompleX3型电子束熔丝金属打印机成形的TC4合金试块热等静压处理后进行Al元素含量检测、X射线探伤、以及不同方向和应力比条件下的高周疲劳极限测试,其中Al含量在5.9~6.13之间,基本控制在TC4合金Al元素成分范围的中线;试块内部无X射线可探查的缺陷;试样采用两相区固溶+低温时效的双重热处理工艺后,在拉-拉和拉-压应力条件下基于107的室温高周疲劳极限Mpa,在X和Z方向均高于TC4合金棒材的要求【航空发动机设计用材料数据手册(第4册). 北京:航空工业出版社, 2010.12】

 

 

西安智熔金属打印系统有限公司是中国少数专注于电子束热源技术路线的金属3D打印技术公司之一,在熔丝式电子束金属打印技术领域和粉床式电子束金属打印技术领域,具有自主知识产权的核心技术,设计生产基于其领先的EBVF3® 技术平台的 Zcomplex® 系列熔丝式电子束金属打印系统以及基于其独有的SmartBeam® 技术平台的ZScan® 系列粉床式电子束金属打印系统。西安智熔设立专门的子公司浙江智熔增材制造技术有限公司从事打印服务。


 

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