[發明專利]一種抑制難焊鎳基合金增材制造裂紋的方法

有效

• 申請號: 202010105086.X
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111266578B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 張曉強;柴澤;陳小奇;陳華斌
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F1/142;B22F12/50;B22F5/00;B22F12/00;B33Y30/00;B33Y70/00;B33Y80/00;B33Y10/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種抑制難焊鎳基合金增材制造裂紋的方法，選取難焊接粉末與可焊接粉末，烘干后作為增材原料，采用激光直接沉積技術，按照每打印2?5層難焊接粉末后打印1層可焊接粉末的難焊?可焊材料交替式打印方式循環打印，至待增材模型打印結束，即完成。與現有技術相比，本發明方法簡易可行，可原位抑制增材制造過程中裂紋的形成，有效解決了常規方法增材制造中裂紋快速形核長大的難題，節省了后處理期消除裂紋所需的高昂成本，并在保證所得增材件強度的同時提高其塑性和韌性，為增材制造高質量的難焊接鎳基高溫合金提供了工藝指導與質量保證。

技術領域

本發明屬于鎳基高溫合金增材制造領域，涉及一種抑制難焊鎳基合金增材制造裂紋的方法。

背景技術

鎳基合金具有優異的抗屈服、抗疲勞、抗蠕變以及抗腐蝕能力，已被廣泛應用于航天航天、石油化工、能源動力等領域。鎳基合金的焊接性與其Ti+Al的總含量息息相關，當Ti+Al含量小于3wt％時，材料具有良好的可焊性；當Ti+Al含量大于6wt％時，會出現嚴重的應變時效開裂，通常被視為不可焊材。通常，這類高Al、Ti型鎳基高溫合金具備更優的高溫性能，是航空發動機葉片、陸基燃氣輪機葉片等關鍵熱端零部件的常用材料，成形方式以鑄造為主。

近年來，增材制造(俗稱3D打印)技術的出現為傳統制造業的轉型升級提供了良好契機。該技術在復雜結構件的制造與修復領域具有獨特優越性，已初步應用于焊接性良好的鎳基高溫合金，如Inconel 718等。然而，就Al、Ti含量高的難焊接鎳基高溫合金而言，其增材制造過程中會形成大量的裂紋，嚴重降低了成形件的力學性能。因此，抑制和消除裂紋是實現難焊接鎳基高溫合金增材制造的關鍵技術難題。

為解決上述技術難題，國內外學者已報道了一些探索性研究。例如，基底預熱、減小熱輸入、優化增材路徑等。盡管這類工藝手段有一定的裂紋抑制效果，但仍然難以徹底解決難焊接鎳基高溫合金增材制造的裂紋問題。為此，研究者們不得不探索一些成本高昂、工藝復雜的裂紋抑制及后期消除手段。專利CN 108941560A公開了一種消除Renè104鎳基高溫合金激光增材制造裂紋的方法，該技術基于鋪粉式激光選區熔化技術，通過優化增材工藝，分區掃描等方案，抑制了內部大尺度宏觀裂紋的產生，再采用去應力退火技術結合放電等離子燒結技術，以消除成型件內部的裂紋。此外，國內外一些文獻也報道了一些采用熱等靜壓(HIP,hot isostatic pressing)技術后期消除內部微裂紋和孔洞的案例。然而，增材過程是熱應變不斷積累的動態過程，一旦裂紋形核，就存在迅速擴展長大，形成宏觀裂紋的風險，而宏觀裂紋出現后，后期消除難度極大。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種抑制難焊鎳基合金增材制造裂紋的方法。首次以難焊-可焊鎳基高溫合金交替打印的方式，來原位抑制增材制造過程中裂紋的形成，有效解決了常規方法增材制造時裂紋快速形核長大的難題，節省了后處理期消除裂紋所需的高昂成本，顯著提高了所得增材件的力學性能，為難焊接鎳基高溫合金的增材制造提供了工藝指導與質量保證。

本發明能夠原位抑制裂紋的形核與長大，同時提高增材件力學性能。該方法的基本原理是：在打印多層焊接性能較差的高溫合金后，打印一層焊接性、熱塑性良好的異質高溫合金，利用該層可焊高溫合金的塑性變形，緩解增材過程中因溫度梯度及強化相析出而引起的較大拉應力，改善應力三維分布狀態，從而避免打印層中由應力集中導致的開裂。通過這種難焊-可焊材料交替打印的方式，最終可形成以難焊接高溫合金為主，可焊接高溫合金為輔的無裂紋復合增材件，具備優異的綜合力學性能。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種抑制難焊鎳基合金增材制造裂紋的方法，選取難焊接粉末與可焊接粉末烘干后作為增材原料，采用激光直接沉積技術，按照每打印2-5層難焊接粉末后打印 1層可焊接粉末的難焊-可焊材料交替式打印方式循環打印至模型成型，即完成。