专利说明书写作范本

1、说 明 书一种900MPa强度级的熔丝沉积快速成形构件用a+P型钛合金丝材技术领域：本发明属于钛基合金的技术领域，具体涉及到一种专用于900MPa强度级 别熔丝沉积快速成形构件的钛合金丝材。背景技术为减轻飞机结构重量，采纳高比强度的钛合金材料是一种超级理想的选择。 飞机用大型复杂钛合金结构经受较大载荷，对性能要求较高。传统的大型复杂钛 合金结构有锻造和铸造两种典型制备方式，相关于铸件，锻造零部件（锻件）综 合力学性能尤其是强度塑性具有明显优势，但存在毛坯尺寸大、性能均匀性难以 保证、热加工周期长、材料利用率（只有3%5%）极低和本钱高的缺点；铸造 的优势是材料利用率比锻件高，但存在强度、塑性等

2、力学性能比锻件有明显降低、 因构件尺寸效应带来的显微组织及力学性能的均匀性操纵难题，致使多数关键承 力结构不能采纳铸造工艺，应用范围受到专门大限制。锻造和铸造两种制备方式 均需要工装模具，对设备、场地要求严格，进一步延长了供货周期、提高了本钱。 熔丝沉积快速成形是90年代以后兴起的一项新技术，可从三维CAD模型直接 制造零件，不必模具，制件机械加工量小，成形速度和成形质量都比较高，能够 大大加速设计一一验证迭代循环，实现敏捷制造，优势明显。熔丝沉积快速成形 技术采纳微滴组装的方法，对零件尺寸不灵敏，大尺寸零件的性能一致性较好， 因此也是直接制造超大型钛合金结构的理想解决方案。但是，由于采纳了与

3、传统制备方式完全不同的工艺，熔丝沉积快速成形钛合 金材料的显微组织与锻造显微组织完全不同，是一种近平稳态快速凝固组织。因 为材料的性能取决于合金成份和显微组织，在显微组织发生重大改变的情形下， 要取得相同或相近的力学性能，必需对现有材料的合金成份进行制造性调整。发明内容本发明的目的是研究一种适合于熔丝沉积快速成形用技术的钛合金丝材， 采纳这种钛合金丝材，能够使熔丝沉积快速成形构件的抗拉强度达到900MPa以 上，延伸率不低于6%，从而知足该强度级别结构件的性能需要。钛合金的强化方式有固溶强化、析出相强化、位错强化等多种强化手腕， 但关于熔丝快速成形工艺，由于没有热机械加工进程，因此位错密度较低

4、，位错 强化成效也可不能太明显；一样由于熔丝快速成形工艺特点，晶粒比较粗大，采 纳析出相如a2相、B化物等强化，会造成材料变形进程中的应力和应变集中， 致使塑性明显降低，因此从材料强韧性匹配角度，优先选择固溶强化方案。本发明研究者通过量年的研究积存发觉，尽管钛合金中的某些元素如Al对 材料的强化成效很明显，但由于这些元素与Ti的原子结合能为负且绝对值较大， 具有较强的有序化偏向，致使材料塑性和韧性的明显降低，因此，从强韧化匹配 角度考虑，尽可能幸免采纳单一元素强化。从原子占位角度，钛合金中的合金化 元素分为置换元素和间隙元素；依照对钛合金相变点的阻碍，能够分为a稳固元 素和。稳固元素。本发明提

5、出一种适用于熔丝沉积快速成形用技术的a+0型钛合 金丝材，采纳合金元素Al和间隙元素强化a相，采纳合金元素V和间隙元素Fe 强化。相，其特点在于：所说焊丝的成份及重量百分比为Al: %; V: %;Fe: %; O：，余量为Ti和不可幸免的杂质元素。目前市场上有两种与本发明合金成份相类似的两种钛合金丝材，材料牌号 别离为TC4和TC4ELI，见GB/T 3623-2007。这两种丝材的用途重要分两类，一类为结构丝材，要紧用作结构件和紧固件；另一类为焊丝，要紧用作电极材料和 焊接材料的焊丝，成份见表1，为方便比较，将本发明丝材成排列于表2。表1 GB/T 3623-2007中两种焊丝成份牌号主要

6、成分杂质元素，不大于AlVFeCONHTC4TC4ELI表2本发明丝材的合金成份本案合金主要成分杂质元素，不大于AlVFeOCNHTC4G能够看出本发明的丝材是一种Ti-Al-V-Fe-O系五元钛合金，将传统杂质元 素O和Fe作为合金化元素加入，并对其加入量进行严格限制，Al、V、Fe和O 四种合金元素的特定组合使材料相组成大体不变的前提下，a和P两种相都取得 有效强化，从而使通过熔丝堆积快速成形构件强度达到900MPa，同时维持了 6% 以上的延伸率。本发明的创新点是针对熔丝堆积快速成形技术特点，充分利用了多元复合强 化及合金化元素的不同强化机制，在常规合金元素潜能取得充分挖掘的前提下， 将

7、钛合金中通常作为杂质元素来操纵的Fe和O作为微合金化元素加入，在熔丝 堆积快速成形这种特定的工艺技术条件下，材料性能达到特定熔丝堆积钛合金结 构件的利用要求。具体实施方式本发明将通过以下几个优选实施例来做进一步详述，但本发明并非局限于 下述几个实施例。实施例合金成分，wt.%AlVFeOTi实施例1余实施例2余实施例3余实施例4余实施例5余实施例6余实施例7余实施例8余实施例9余对比例1余对比例2余本发明成份范围内钛合金的冶炼工艺如下：原材料采纳0 2级海绵钛，合金元素V以Al-V中间合金加入，Al元素不足部份由纯Al加入；Fe以纯Fe粉 或Al-V-Fe中间合金加入，合金元素O以TiO2加入

8、。中间合金与海绵钛经配料、 混料后，用压机压制成电极。将假设十支电极组焊在一路，放入真空自耗电弧炉 中熔炼23次，制成合金铸锭。铸锭在切除帽口、剔除表面缺点后，进入热加工 工序。热加工工艺流程为：铸锭开坯-水压机或锻锤拔长-棒材轧制或精煅 -08-016规格棒材轧制-表面修磨-拉丝或旋锻-表面处置，制成成品丝材。本发明焊丝规格可在中之间。采纳O的丝材，用电子束熔丝堆积快速成形 工艺取得长300mm、宽160mm、高90mm的实验堆积料，经p/a+p相变点下 20C/2h固溶、空冷+570C/4h、空冷热处置后，采纳线切割切取O的棒加工标准 拉伸试样，取得拉伸性能见表4。由表4实施例13可见，当

9、O含量在.左右时，增加Al含量到可明显提高材料强度，延伸率降低不明显；当Al含量达到时，强度增加不明显，但延 伸率有比较明显降低；由实施例一、4和5能够看到，当O含量在.左右时，增加？到时材料 强度有明显提高，但继续增加Fe对强度和/或塑性改善不明显。表4接头拉伸性能实施例拉伸性能拉伸取样方向Rm , MPa品%实施例1855X方向810Z方向实施例2887X方向835Z方向实施例3890X方向854Z方向实施例4884X方向847Z方向实施例5886X方向837Z方向实施例6935X方向891Z方向实施例7922X方向874Z方向实施例8874X方向837Z方向实施例9916X方向884Z方

10、向对比例1TC4845X方向790Z方向对比例2TC4ELI785X方向705Z方向由实施例6能够看到，在实施例1基础上，当Fe、O含量同时增加到和 时，快速成形材料强度可达到935MPa。由实施例7能够看到，在实施例1基础上将O含量提高到，将Al含量降 低到，材料强度可达到922MPa，但塑性同比降低。由实施例8能够看到，在实施例6基础上降低V含量到、降低Fe含量到，材料X向强度降低60MPa左右。由实施例9能够看到，在实施例8基础上增加V到,材料强度可恢复到与 实施例7相当的水平，但塑性略有改善。采纳市场上现有的TC4和TC4ELI两种典型成份钛合金丝材，见对照例1 和2,经与实施例19相同工艺的电子束快速成形和热处置后，堆积材料强度别 离可达到845MPa和785MPa，但塑性较好。从以上实施例能够看出，采纳本发明的钛合金丝材，由电子束熔丝工艺堆积 成形后，堆积材料