海鷹哈鈦成功研制增材制造TA32鈦合金粉末

近日，中國航天科工集團第三研究院下屬專業從事高端鈦合金產品的產業基地——航天海鷹(哈爾濱)鈦業有限公司(以下簡稱海鷹哈鈦)完成了TA32高溫鈦合金粉末研制和TA32粉末的激光選區熔化成形(SLM)參數優化工作，意味著我國高溫鈦合金增材制造技術有了新的發展。

近年來，隨著航空航天事業的迅猛發展，特別是航空發動機、高超聲速飛行器的發展，對鈦合金材料的需求量也在急劇增加。為了進一步減輕重量、提高飛行器的推重比，鈦合金被越來越多地應用到航空發動機壓氣機輪盤、葉片、整體葉盤、機匣和轉子，以及導彈舵翼骨架、艙體、發動機進氣道等零件的制造中。航空航天飛行器性能的不斷提升對鈦合金的使用溫度提出了更高的要求，對高溫鈦合金的研發迫在眉睫。

TA32鈦合金，其名義成分為Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Mo-0.5Nb-0.7Ta-0.3Si，是我國最新研制的一種新型近α型鈦合金，該材料在550℃高溫下仍具有良好的蠕變與持久性能，有望代替部分鋼或鎳基高溫合金材料。短時服役溫度可達600℃，具有良好的拉伸、疲勞和蠕變等綜合力學性能。海鷹哈鈦公司針對TA32鈦合金系統性地開展了粉末制備技術和激光選區熔化成形技術研究工作。

增材制造TA32鈦合金粉末研制

海鷹哈鈦公司采用水冷銅坩堝真空感應熔煉氣霧化制粉技術完成TA32鈦合金粉末研制，原理是采用電磁感應加熱作用實現水冷銅坩堝內鈦合金棒材的熔煉，通過底注的方式使熔化的金屬液進入導流管形成穩定細小的液流，當合金液流通過導流嘴流經霧化噴嘴時，被霧化噴嘴產生的高速氣流擊碎并凝固形成微細粉末顆粒，具有生產效率高、細粉收得率高等優點。

經檢測，采用該技術生產的TA32鈦合金粉末具有高純凈度、高球形度、高流動性、高松裝密度等優異性能。對15-53μm粒徑范圍的TA32進行各項性能檢驗，粉末氧含量1000ppm、氮含量190ppm、氫含量50ppm，各種雜質元素含量遠低于GB/T3620.1-2016標準相關要求。對粉末物理性能進行了測試，TA32粉末中值粒徑d50為36μm、松裝密度為2.4g/cm3、霍爾流速為45s/50g，各項性能指標滿足金屬3D打印工藝要求。

TA32鈦合金粉末激光選區熔化成形性能

通過控制激光能量密度對TA32鈦合金粉末進行了不同工藝參數下的激光選區熔化3D打印成形試驗，金相檢測結果表明TA32粉末激光選區熔化成形試件的晶粒尺寸較為細小，無明顯的裂紋、孔洞等缺陷。進一步對試件進行力學性能檢測，結果顯示試樣室溫抗拉強度和延伸率達到1200MPa和8%。試件在500℃、550℃和600℃高溫抗拉強度達到867MPa、819MPa和712MPa；塑性值達到14.4%、15.9%和17.0%，具有優異的力學性能。

航天海鷹(哈爾濱)鈦業有限公司成立于2013年，是中國航天科工集團第三研究院下屬專業從事高端鈦合金產品研發、設計、制造、服務的鈦產業基地。公司主營業務包括鈦合金精密鑄造、鈦合金塑性成型、鈦合金粉末制備與3D打印、系統集成及加工等。公司自2018年起持續開展了大量的TA32高溫鈦合金粉末增材制造技術研究工作，采用激光選區熔化成形技術進行高溫鈦合金零部件的快速研制，具有提高材料力學性能、節省模具成本和加工周期、提高材料利用率等優勢，相關研究成果預期在航空航天、艦船和化工領域具有廣泛的應用前景，能夠進一步促進高溫鈦合金材料增材制造技術的推廣應用。