[發明專利]一種增材制造Inconel 939鎳基高溫合金晶粒取向分布的調控方法

在審

• 申請號: 202210541426.2
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114959332A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 晏井利;蔣坤;丁輝
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;B22F10/28;B22F10/85;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 冒艷

本發明公開了一種增材制造Inconel 939鎳基高溫合金晶粒取向分布的調控方法，包括：采用激光粉末床熔融技術制備Inconel 939合金樣品，利用激光能量密度確定成形工藝窗口，使試樣相對致密度保持在96％以上；控制激光能量密度在40～100J/mm³，激光掃描采用層內往復掃描、逐層旋轉67°，激光功率范圍為55～115W，掃描速度范圍為550～950mm/s時獲得大比例的具有隨機取向的等軸晶粒；激光功率范圍為135～175W，掃描速度范圍為1100～1500mm/s時獲得＜001＞取向的柱狀晶粒。通過調節工藝參數，獲得具備不同晶粒取向分布的Inconel 939合金樣塊。

技術領域

本發明涉及金屬增材制造技術，特別涉及一種增材制造Inconel 939鎳基高溫合金晶粒取向分布的調控方法。

背景技術

Inconel 939是1960年研制的一種以γ′沉淀相為主要強化相的鎳基高溫合金，具有很高的抗蠕變性、耐腐蝕性、抗氧化性，并且在850℃時能夠保持微觀結構穩定性，廣泛用于制造燃氣輪機的葉片、燃料噴嘴、護環、擴散器和其他結構部件。

傳統高溫合金材料制件主要通過鑄造、鍛造及機加工的方式來成形，但是隨著技術的不斷更替，對合金部件性能的要求越來越高，而且在零件的復雜性上也有了更高的要求，比如在航空發動機中的葉片中的冷卻內腔，傳統的成形工藝無法滿足這方面的發展需求。而增材制造具有加工自由化的特點，能夠實現材料的一體化成形，在高復雜度零件的制造、復雜零件的拓撲優化方面有著得天獨厚的優勢，同時激光粉末床熔融的成形精度高、成形周期短、材料利用率高，已經成為航天發動機精密部件的快速成形與優化設計發展的關鍵方向。

激光粉末床熔融Incoenl 939的過程中，一般可以看到沿著成形方向生長的柱狀晶粒，而且由于激光粉末床熔融通過逐層沉積的方式成形樣塊，柱狀晶的生長可能出現跨越幾層的連續外延。然而由于已沉積層充當散熱基板，同時激光束作用在粉末上形成熔池時，熔池的底部和頂部由于離激光熱源遠近不同，造成了熔池不同位置處的溫度梯度和凝固速率不同，導致凝固時晶粒生長取向發生差異，柱狀晶的外延生長就會受到影響。而工藝參數可以影響熔池的熱行為，采用不同的工藝參數會使晶粒生長過程中的擇優取向發生變化，從而導致不一樣的晶粒取向分布。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種增材制造Inconel 939鎳基高溫合金晶粒取向分布的調控方法。

技術方案：所述的增材制造Inconel 939鎳基高溫合金晶粒取向分布的調控方法，包括步驟如下：

(1)將Inconel 939合金粉末放在烘干機中去除粉末中的水分殘留，并利用篩網將不符合粒徑要求的金屬粉末顆粒去除；

(2)選取基板，并用砂紙在基板表面進行打磨，去除表面氧化皮以及可能存在的其他雜質；

(3)安裝粉倉、打印倉、回收倉，將基板安裝在打印倉，調節打印倉高度，使其略高于打印平臺，然后在粉倉中裝入Inconel 939粉末；

(4)安裝刮刀，使其與基板表面貼合，然后移動刮刀，將粉床中的粉末均勻平鋪在打印平臺；

(5)充入氬氣進行氣氛保護，同時在激光粉末床熔融機器操作界面導入樣塊的切片文件，然后輸入激光打印工藝參數。激光逐層掃描，打印樣塊。

進一步地，步驟(1)中，Inconel 939粉末的粒徑范圍為15μm～50μm；

進一步地，步驟(5)中，每層的鋪粉厚度為0.02mm～0.03mm，掃描間距為0.04mm～0.07mm；

進一步地，步驟(5)中，能量密度E在40J/mm3～100J/mm3之間；

進一步地，步驟(5)中，激光掃描策略為層內往復掃描，逐層旋轉67°；