[發(fā)明專利]一種金屬增材制造的在線熱處理工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910734308.1
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN110434332B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設計）人: 黃科;井龑東;席乃園;方學偉;張琦;盧秉恒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;C21D10/00;B33Y10/00;B33Y40/20
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種金屬增材制造的在線熱處理工藝，先通過計算機CAD軟件三維建模，利用增材制造系統(tǒng)專用切片分層軟件模型進行分層和路徑規(guī)劃；然后開始增材制造過程，進行第一層材料在基板上的堆疊和凝固；再對第一層材料進行激光沖擊強化并確保沖擊影響層深度大于單層堆積層的厚度；然后進行下一層材料的堆疊和凝固，通過調(diào)節(jié)增材制造過程參數(shù)及打印層層厚，使得堆疊過程中產(chǎn)生的熱量對前述打印層進行實現(xiàn)在線熱處理；再次進行激光沖擊強化；重復打印及激光沖擊強化直至零件制備完畢；本發(fā)明將激光沖擊強化和增材制造技術相結合，實時熱處理改善構件微觀組織，并且改善增材制造部件的內(nèi)應力情況。

技術領域

本發(fā)明涉及增材制造技術領域，具體涉及一種金屬增材制造的在線熱處理工藝。

背景技術

激光沖擊強化技術(Laser shock peening,簡稱LSP，又稱作激光噴丸技術)，是一種表面工藝，利用高功率的激光對材料表面進行沖擊，賦予材料表面及一定深度區(qū)域內(nèi)很強的殘余壓應力并且增加該區(qū)域內(nèi)部的位錯密度，在后續(xù)的熱處理過程中促使內(nèi)部晶粒發(fā)生再結晶。LSP對構件表面造成的沖擊壓力能夠達到GPa量級，遠遠高于一般的機械沖壓的壓力，能夠更加顯著的提升試件性能。

增材制造(Additive manufacturing，簡稱AM)是一種基于離散-堆積原理，并由三維數(shù)據(jù)驅動，進而直接成形零件的先進制造技術。電弧絲材增材制造技術(Wire arcadditive manufacturing，簡稱WAAM)由于其制造效率和材料利用率相較于傳統(tǒng)制造工藝更高而在世界范圍內(nèi)受到了大量研究。激光選區(qū)熔化(Selective laser melting，簡稱SLM)，也由于其較高的制造精度和制造精密復雜零件的能力而被廣泛關注。另外兩種常見的金屬增材制造工藝包括電子束熔化(Electron Beam Melting，簡稱EBM)和激光近凈成型(Laser engineered net shaping，簡稱LENS；又名激光熔覆，Laser cladding，簡稱LC)，也都在目前的科研和生產(chǎn)實踐中表現(xiàn)獨到的優(yōu)勢和潛力。

目前，直接通過增材制造生產(chǎn)的金屬工件往往會由于內(nèi)部以及表面殘余的拉應力導致邊緣翹曲、開裂等問題，其疲勞壽命一般較低。在以鈦合金為代表的增材制造過程中，由于粗大晶粒的持續(xù)外延生長，將會在試樣內(nèi)部沿堆積方向形成粗大的柱狀晶體以及較強的織構，嚴重影響增材制造零部件的各項機械性能。

申請?zhí)?01710477283.2的中國專利公開了一種用于調(diào)控/降低激光增材制造零件內(nèi)應力的方法，這種方法通過對層層堆積的激光熔覆層進行激光沖擊，實現(xiàn)對其內(nèi)部殘余應力的調(diào)控。申請?zhí)?01710273048.3的中國專利公開了一種激光熱力逐層交互增材制造的組合裝置，通過對增材制造試樣的逐層沖擊，解決了增材制造過程中內(nèi)應力導致的變形開裂以及疲勞性能較差等問題。

可以看到，現(xiàn)有方法大都集中在對增材制造試樣的內(nèi)應力的調(diào)控以及內(nèi)應力導致的缺陷的避免，并未涉及更深層次的微觀組織和織構的調(diào)控。并且，現(xiàn)有方法都集中在激光增材制造領域，對于電弧絲材增材制造、電子束熔化等同樣被大量研究的增材制造技術不具有普適性。由于微觀組織對增材制造試樣的性能的影響十分巨大，其特點直接決定了所生產(chǎn)出試樣的物理性能和加工性能，因此，發(fā)展一種對各種增材制造技術具有普適性并且能對構件進行在線熱處理的方法是十分有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供了一種金屬增材制造的在線熱處理工藝，將激光沖擊強化和增材制造技術相結合，實時熱處理改善構件微觀組織，并且改善增材制造部件的內(nèi)應力情況。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種金屬增材制造的在線熱處理工藝，包括以下步驟：

1)通過計算機CAD軟件三維建模，利用增材制造系統(tǒng)專用切片分層軟件模型進行分層和路徑規(guī)劃；

2)開始增材制造過程，進行第一層材料在基板上的堆疊和凝固；