[發(fā)明專利]激光直接增材制造奧氏體不銹鋼構(gòu)件表面粘粉的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811494574.3
• 申請(qǐng)日: 2018-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN109590468B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張屹;吳家柱;陳寰宇;趙鵬輝;劉安麗;韋海英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105
• 代理公司: 長沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 馬強(qiáng);王娟

本發(fā)明公開了一種激光直接增材制造奧氏體不銹鋼構(gòu)件表面粘粉的控制方法，該方法主要實(shí)現(xiàn)過程為：基于單因素方法開展奧氏體不銹鋼粉末的準(zhǔn)連續(xù)激光直接增材制造試驗(yàn)，分別獲取脈沖頻率和占空比對(duì)樣件表面粘粉的影響規(guī)律；依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定可有效抑制表面粘粉的脈沖頻率和占空比范圍。本發(fā)明可有效控制激光直接增材制造奧氏體不銹鋼構(gòu)件時(shí)表面粘粉現(xiàn)象嚴(yán)重的問題；此外，本發(fā)明無需增加額外裝置，對(duì)于一些表面質(zhì)量要求不高的零件，無需采取后置處理工藝。因此該方法簡(jiǎn)單易行且制造成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明面向金屬激光直接增材制造和激光熔覆等先進(jìn)成形技術(shù)，可應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶和能源等工業(yè)制造或修復(fù)領(lǐng)域，具體為一種激光直接增材制造奧氏體不銹鋼構(gòu)件表面粘粉的控制方法。

背景技術(shù)

激光直接增材制造技術(shù)屬于激光增材制造的范疇，是一種很有應(yīng)用前景的先進(jìn)制造技術(shù)。該技術(shù)高度融合了激光熔覆、分層制造以及數(shù)字化制造的先進(jìn)理念，以三維CAD數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)金屬構(gòu)件的快速直接制造。與傳統(tǒng)減材工藝相比，激光直接增材制造技術(shù)具有自由成形、組織性能可控、短制造流程及短制造周期等顯著優(yōu)勢(shì)。因適用于金屬、合金、陶瓷和金屬基復(fù)合材料等的快速直接制造，激光直接增材制造技術(shù)在航空航天、汽車、醫(yī)療和模具制造等工業(yè)領(lǐng)域中得到青睞和應(yīng)用。

在激光直接增材制造過程中，激光束先熔化基體形成熔池，然后熔池捕獲一部分被氣力同步輸送的粉末粒子，最后待激光束離開后，熔池快速凝固并包覆在基體上。在大多數(shù)情況下，粉束流在基板上的分布面積大于熔池面積。因此，在溫度接近于凝固溫度的熔池后緣和兩側(cè)區(qū)域，有一部分粉末粒子因未來得及熔化而被粘附在增材制件的表面。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)和我們開展的大量試驗(yàn)研究表明，在采用基于連續(xù)激光的直接增材制造技術(shù)成形奧氏體不銹鋼構(gòu)件時(shí)，表面粘粉現(xiàn)象極其嚴(yán)重。這種現(xiàn)象極大地惡化了不銹鋼構(gòu)件的表面質(zhì)量，進(jìn)而導(dǎo)致其不能滿足實(shí)際的工程要求，同時(shí)也在一定程度上限制了激光直接增材制造技術(shù)的廣泛應(yīng)用。當(dāng)然，目前的增減材復(fù)合制造技術(shù)能夠有效解決這一問題。但是也相應(yīng)地帶來了時(shí)間成本和制造成本的上升。此外，封閉的型腔和內(nèi)流道的粘粉問題是后續(xù)減材制造無法解決的難題。因此，研究控制奧氏體不銹鋼增材構(gòu)件表面粘粉的有效方法顯得更為至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種激光直接增材制造奧氏體不銹鋼構(gòu)件表面粘粉的控制方法，有效降低傳統(tǒng)連續(xù)激光直接增材制造奧氏體不銹鋼構(gòu)件時(shí)的粘粉程度，進(jìn)而提高激光直接增材制造技術(shù)的加工性能和降低制造成本。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種激光直接增材制造奧氏體不銹鋼構(gòu)件表面粘粉的控制方法，該方法主要實(shí)現(xiàn)過程為：基于單因素方法開展奧氏體不銹鋼粉末的準(zhǔn)連續(xù)激光直接增材制造試驗(yàn)，分別獲取脈沖頻率和占空比對(duì)樣件表面粘粉的影響規(guī)律；依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定有效抑制表面粘粉的脈沖頻率為20～60Hz和占空比為20％。

所述脈沖頻率＝1/脈沖周期，占空比＝脈寬×100/脈沖周期。

所述奧氏體不銹鋼包括304、316和316L不銹鋼。

開展奧氏體不銹鋼粉末的準(zhǔn)連續(xù)激光直接增材制造試驗(yàn)的具體過程包括：

1)對(duì)選定的奧氏體不銹鋼粉末進(jìn)行干燥；

2)選擇合適的惰性氣體作為載運(yùn)氣體和保護(hù)氣體；

3)設(shè)置合適的激光功率、脈沖波形、激光光斑大小、掃描速度、送粉量、提升量和載運(yùn)氣體流量；

4)選定脈沖頻率和占空比作為試驗(yàn)因素，每個(gè)試驗(yàn)因素設(shè)置不少于四個(gè)水平，同時(shí)保持步驟8)中的所有工藝參數(shù)恒定；分別開展脈沖頻率和占空比對(duì)表面粘粉影響的單因素試驗(yàn)；

5)根據(jù)步驟9)，采用激光直接增材制造工藝制備樣件，然后分析樣件表面的粘粉量，進(jìn)而得到脈沖頻率和占空比分別對(duì)粘粉量的影響規(guī)律，進(jìn)而確定樣件表面粘粉量最少的工藝參數(shù)。