[發(fā)明專利]一種激光增材制造鎳基高溫合金脆性相的控制方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810353640.9
• 申請(qǐng)日: 2018-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN108436083A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉奮成;任航;劉秀霞;程洪茂;黃春平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王戈

本發(fā)明公開一種激光增材制造鎳基高溫合金脆性相的控制方法及裝置，包括：將鎳基高溫合金的樣品裝夾在數(shù)控工作臺(tái)上；確定所述樣品的加工位置；對(duì)所述加工位置施加激光，形成液體金屬熔池；對(duì)所述液體金屬熔池施加電磁場(chǎng)；將粉末金屬送入所述液體金屬熔池；所述金屬粉末在所述激光作用下熔化并在所述電磁場(chǎng)的作用下發(fā)生凝固，得到成形的樣品，完成鎳基高溫合金的加工。采用上述方法或裝置解決了傳統(tǒng)鎳基高溫合金增材制造過程中無法減少枝晶間LAVES脆性相的析出的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料激光增材制造領(lǐng)域，特別是涉及一種激光增材制造鎳基高溫合金LAVES脆性相控制的加工方法及裝置。

背景技術(shù)

激光增材制造技術(shù)是一種基于“增材”制造理念的先進(jìn)材料制備技術(shù)，該技術(shù)充分發(fā)揮了激光熔覆技術(shù)中熔體金屬非平衡凝固和快速原型技術(shù)逐點(diǎn)逐層成形三維實(shí)體零件的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的快速高性能成形和修復(fù)。由于熔池金屬的凝固過程具有近快速凝固特點(diǎn)，激光增材制造金屬材料多具有組織細(xì)密、合金元素的過飽和程度大等特點(diǎn)，且由于是同成分合金粉末的逐點(diǎn)成形，激光立體成形制備的材料不存在合金元素的宏觀偏析，而在枝晶間仍存在合金元素的微觀偏析，并造成了枝晶間LAVES脆性相的產(chǎn)生，對(duì)合金性能造成不利影響。特別的，對(duì)于局部激光增材修復(fù)零件來說，考慮到零件受熱變形以及鍛件組織晶粒長(zhǎng)大、沉淀強(qiáng)化相溶解等潛在風(fēng)險(xiǎn)，鎳基高溫合金激光修復(fù)件不允許采用高溫的均質(zhì)化和固溶處理，此時(shí)修復(fù)區(qū)仍為沉積態(tài)鑄態(tài)組織，其中存在的LAVES相占用了大量Nb等合金元素，造成基體γ相中γ”強(qiáng)化相貧化，加之LAVES脆性相的存在，材料性能較差。

有關(guān)LAVES相消除機(jī)制的研究主要集中在鑄造合金熱處理及鎳基高溫合金焊縫中的LAVES溶解機(jī)制。寧秀珍等提出了均勻化處理的新觀點(diǎn)，指出少量液體的存在可從溫度、濃度梯度和接觸面積三個(gè)方面促進(jìn)GH169合金均勻化過程，從而可使LAVES相消除的時(shí)間大大縮短。從無液體的1120℃，到有少量液體的1180℃，少量液體的存在方面加速均勻化過程。李愛蘭等采用金相顯微鏡對(duì)熱處理前后的K4169合金微觀組織進(jìn)行研究。結(jié)果表明，K4169經(jīng)1095℃均勻化+955℃固溶+720℃時(shí)效后Laves相體積分?jǐn)?shù)減少，周圍生成針狀δ相。王凱等對(duì)K4169合金進(jìn)行1165℃、4h、140MPa熱等靜壓處理，發(fā)現(xiàn)Laves相基本消失，無微觀疏松，是一種效果很好的熱處理工藝。Janaki Ram等研究了電流脈沖對(duì)Inconel 718合金GTA焊接焊縫金屬中Laves相析出的影響，研究發(fā)現(xiàn)脈沖電流在細(xì)化焊縫熔合區(qū)晶粒組織的同時(shí)有效地減小了Laves相的數(shù)量。Sivaprasad等比較了冷卻速度對(duì)718合金焊縫顯微組織的影響，發(fā)現(xiàn)高的冷卻速度可以得到細(xì)小且離散的LAVES相，而較低冷卻速度同時(shí)會(huì)增加LAVES相中的Nb元素的含量。Manikandan等考察了冷卻速率對(duì)718合金GTA焊縫金屬枝晶間LAVES相和合金元素微觀偏析，采用液氮冷卻的方法獲得了較快的冷卻速率，使得合金元素微觀偏析和LAVES相體積分?jǐn)?shù)得到減小，同時(shí)LAVES相形貌也變得細(xì)小分散。Xiao等研究了激光模式在激光増材制造718合金Nb元素偏析和LAVES相形成的影響，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)激光由于能量輸入小更容易獲得等軸晶組織、更小的元素微觀偏析和更細(xì)小分散的LAVES相。Long等研究了凝固條件對(duì)激光熔覆Inconel718合金中的Nb元素偏析行為的影響，發(fā)現(xiàn)冷卻速率對(duì)Nb的偏析有明顯作用，高的冷卻速率有利于抑制Nb的偏析，并減少Laves相的形成。

總結(jié)以上文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，研究者多以增加熔池冷卻速率來改變?nèi)鄢啬绦袨椋@得更細(xì)密的枝晶組織，從而實(shí)現(xiàn)枝晶間LAVES相析出的控制。然而，依靠外界冷卻而增加熔池冷卻速率的方式對(duì)小尺寸零件的增材制造或許有用，而對(duì)于尺寸較大，特別是高度較大且形狀復(fù)雜的零件的成形，基板的冷卻效果有限，僅依靠通過基板冷卻來實(shí)現(xiàn)LAVES脆性相的消除也就無法實(shí)現(xiàn)。另外，對(duì)于金屬零件的激光增材修復(fù)，此時(shí)則根本無法通過基板的冷卻來增加熔池的冷卻速率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種激光增材制造鎳基高溫合金的加工方法及裝置，解決了增材制造過程中無法減少枝晶間LAVES脆性相的析出的問題。