[發明專利]一種激光增材制造鎳基高溫合金定向凝固組織的制備方法

有效

• 申請號: 202110729960.1
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113458417B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發明（設計）人: 隋尚;陳靜;李祚;趙軒;姚波
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;C23C24/10;B22F12/37;B22F12/20;C30B11/00;C30B29/52;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種激光增材制造鎳基高溫合金定向凝固組織的制備方法。該方法通過安裝冷卻裝置，增加成形過程中的溫度梯度，同時結合基板晶粒取向的轉動以及選擇合適的搭接率和層厚，始終保證成形過程中熔池側邊沿法向與基板[001]取向之間的夾角ψ小于45°，從而獲得具有定向凝固組織甚至單晶的激光增材制造GH4169鎳基高溫合金。

技術領域

本發明屬金屬材料制備及先進制造領域，具體涉及一種激光增材制造鎳基高溫合金定向凝固組織的制備方法。

背景技術

航空發動機渦輪葉片（包括渦輪工作葉片和導向葉片）是承受溫度載荷最劇烈、工作環境最惡劣的部件之一，其在高溫下承受持續單向載荷，要求材料具有優異的高溫力學性能。GH4169合金（美國牌號Inconel 718, IN718）作為一種航空發動機葉片用典型的高溫合金，在高溫承載條件下，參與形變的晶界往往成為合金力學性能的薄弱環節。消除和應力軸垂直的橫向晶界，制備具有定向凝固組織特征的高溫合金成為提升其力學性能的有效途徑。然而由于昂貴的生產成本，單晶高溫合金和定向凝固高溫合金尚無法取代GH4169合金在航空發動機葉片中的應用。因此制備具有定向凝固組織的GH4169合金對于提升航空發動機葉片高溫力學性能具有重要意義。由于GH4169合金并非定向凝固鎳基高溫合金，難以采用傳統加工工藝制備GH4169合金定向凝固組織。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種激光增材制造鎳基高溫合金定向凝固組織的制備方法；以解決現有的工藝中傳統工藝難治制備出GH4169合金定向凝固組織的問題。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種激光增材制造鎳基高溫合金定向凝固組織的制備方法，步驟1，在基板上進行鋪開合金粉末，所述基板的兩端被夾具夾持，所述夾具中設置有水冷裝置；所述合金粉末為GH4169高溫合金球形粉末；

步驟2，以基板的第一邊部或第二邊部為軸線，旋轉基板α，所述第一邊部平行于x軸，第二邊部平行于y軸，所述x軸與激光掃描方向平行，所述y軸垂直于x軸，所述α為0°~30°，打印第一道熔覆層，打印時ψ≤45°，所述ψ為熔池側邊法向與基板[001]取向之間的夾角；

步驟3，第一道熔覆層冷卻至室溫后，在第一道熔覆層旁打印第二道熔覆層，打印第二道熔覆層時，搭接率為35%~42%，打印時ψ≤45°；

步驟4，第二道熔覆層冷卻至室溫后，在第二道熔覆層旁打印第三道熔覆層，打印第三道熔覆層時，搭接率為35%~42%，打印時ψ≤45°；

步驟5，重復步驟4，直至第一層打印結束，在第一層上繼續重復步驟3和步驟4，打印第二層，獲得鎳基高溫合金定向凝固組織。

本發明的進一步改進在于：

優選的，打印過程中，激光熔覆功率為700~800W，光斑直徑為1.2mm。

優選的，打印過程中，送粉量為2.5~3.3g/min，掃描速率4~12mm/s。

優選的，步驟1中，GH4169高溫合金球形粉末的粒度為-80～+325目。

優選的，步驟2、步驟3和步驟4中，打印過程中氧氣含量小于100ppm。

優選的，打印過程的激光源為光纖激光或半導體激光。

優選的，所述室溫為25-30℃。

優選的，步驟5中，每層的高度為0.25~0.3mm。

優選的，步驟5中，層與層之間的抬升量為0.2~0.3mm。