一种抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法与应用

本发明属于激光增材制造领域，尤其涉及一种抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法与应用。

背景技术：

1、高温合金特指工作温度在600℃以上的各类合金，主要应用于航空航天与能源产业。高温合金工作环境恶劣，包括高温、高应力、强腐蚀、强氧化，这就要求高温合金在复杂工况下拥有出色的力学性能。其中，镍基高温合金的使用范围以及使用量都占有绝对优势。特别地，镍基高温合金在航空发动机中的用量已超过50％，而定向凝固镍基高温合金不仅可以在接近其熔化温度的服役条件下显示出优异的力学性能以及氧化腐蚀抗性，更是用来制造工作温度最高、工作载荷最大、氧化腐蚀最恶劣且位置最重要的高压涡轮叶片的唯一材料。

2、近些年来，激光增材制造因其特有的能量输入高、温度梯度大、冷却速度快以及无需形核外延生长的特点，一出现就吸引了高温合金制备领域的关注，其有望解决传统定向凝固中组织粗大、枝晶间偏析、疏松严重、初熔温度低、热处理窗口小等问题。而作为一项极具潜力的可以获得定向凝固组织的新工艺，激光增材制造镍基高温合金面临的第一个问题就是何如控制开裂。定向凝固镍基高温合金al+ti含量多，属于难焊接合金，具有极高的裂纹敏感性。增材制造镍基高温合金裂纹也可以简单分为两类，热裂纹和冷裂纹。激光增材制造循环往复的加热过程中产生的热应力，导致局部应变大于其延性，这样就会产生冷裂纹。更由于镍基高温合金具有特殊的延性下降区域，所以增材制造镍基高温合金极易产生冷裂纹。

3、因此，提供一种抑制增材制造镍基高温合金过程中产生冷裂纹的方法，成为人们亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法与应用，以克服现有技术中的不足。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、根据本发明实施例的第一方面，提供了一种抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法，包括如下步骤：

4、s1、选取基材和合金粉末，所述基材的厚度为d，且d≤6mm；将合金粉末烘干，备用；

5、s2、将所述基材通过固定件安装在工作台上，且所述基材与所述固定件挠性连接；

6、s3、氩气气氛下，通过激光同轴将烘干后的所述合金粉末沉积在所述基材表面，实现所述基材的增材制造。

7、进一步的，所述合金粉末包括按质量百分比计算的以下组分：7.5～8.5％cr、7.5～8.5％co、2.0～3.0％mo、7.5～8.5％w、5.5～6.5％ta、4.0～6.0％al、0.5～1.5％ti、0～1.5％hf、0.5～0.1％c、0.01～0.015％b、余量为ni。

8、进一步的，所述合金粉末的粒度为75-200μm。

9、进一步的，所述将合金粉末烘干的方法包括将合金粉末置于温度为90-110℃的真空烘箱中烘干3-5h。

10、进一步的，步骤s3中，所述氩气气氛下氧气含量小于100ppm。

11、进一步的，所述激光同轴的激光功率为2000w-3500w，扫描速度为10-13mm/s，光斑直径为6-10mm，送粉速率为20-25g/min，成形层高为0.1-0.4mm。

12、进一步的，将所述基材安装在工作台之前，对所述基材进行预处理，所述预处理包括将基材依次进行开设固定孔、表面铣平、打磨表面和无水乙醇擦拭。

13、进一步的，所述开设固定孔的方法包括在所述基材的周边均匀开设多个固定孔。

14、根据本发明实施例的第二方面，提供了一种应用于任一项上述方法的固定件，包括螺杆、头部、压缩弹簧和螺母，所述头部固定在螺杆一端，所述压缩弹簧套设在螺杆上，所述螺母与螺杆配合使用，所述螺杆上还套设有垫片。

15、根据本发明实施例的第三方面，提供了任一项上述方法在控制增材制造镍基高温合金冷裂纹中的应用。

16、与现有技术相比，本发明的优点包括：

17、本发明实施例提供一种抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法与应用，所述抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法通过将基材厚度控制在6mm以内，能够实现基材自由变形，达到变形补偿的目的；通过将所述基材与所述固定件挠性连接，能够起到辅助应力释放的作用，从而达到抑制增材制造镍基高温合金过程中产生冷裂纹的效果。此外，本发明通过将所述基材与所述固定件挠性连接，还可起到基材变形后位置固定的作用，避免合金粉末沉积过程中基材位置晃动，保持成型过程中产品尺寸的精度，确保成型质量。

技术特征：

1.一种抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法，其特征在于，所述合金粉末包括按质量百分比计算的以下组分：7.5～8.5％cr、7.5～8.5％co、2.0～3.0％mo、7.5～8.5％w、5.5～6.5％ta、4.0～6.0％al、0.5～1.5％ti、0～1.5％hf、0～0.1％c、0.01～0.015％b、余量为ni。

3.根据权利要求1或2所述抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法，其特征在于：所述合金粉末的粒度为75-200μm。

4.根据权利要求1所述抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法，其特征在于：所述将合金粉末烘干的方法包括将合金粉末置于温度为90-110℃的真空烘箱中烘干3-5h。

5.根据权利要求1所述抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法，其特征在于：步骤s3中，所述氩气气氛下氧气含量小于100ppm。

6.根据权利要求1所述抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法，其特征在于：所述激光同轴的激光功率为2000w-3500w，扫描速度为10-13mm/s，光斑直径为6-10mm，送粉速率为20-25g/min，成形层高为0.1-0.4mm。

7.根据权利要求1所述抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法，其特征在于：将所述基材安装在工作台之前，对所述基材进行预处理，所述预处理包括将基材依次进行开设固定孔、表面铣平、打磨表面和无水乙醇擦拭。

8.根据权利要求7所述抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法，其特征在于：所述开设固定孔的方法包括在所述基材的周边均匀开设多个固定孔。

9.一种应用于权利要求1-8中任一项所述方法的固定件，其特征在于：包括螺杆、头部、压缩弹簧和螺母，所述头部固定在螺杆一端，所述压缩弹簧套设在螺杆上，所述螺母与螺杆配合使用，所述螺杆上还套设有垫片。

10.一种如权利要求1-8中任一项所述方法在控制增材制造镍基高温合金冷裂纹中的应用。

技术总结本发明实施例公开了一种抑制增材制造镍基高温合金冷裂纹的方法与应用，涉及激光增材制造领域。所述方法包括S1、选取基材和合金粉末，所述基材的厚度为d，且d≤6mm；将合金粉末烘干；S2、将所述基材通过固定件安装在工作台上，且所述基材与所述固定件挠性连接；S3、氩气气氛下，通过激光同轴将烘干后的所述合金粉末沉积在所述基材表面，实现所述基材的增材制造。本发明实施例提供的方法通过将基材厚度控制在6mm以内，能够实现基材自由变形，达到变形补偿的目的；通过将所述基材与所述固定件挠性连接，能够起到辅助应力释放的作用，从而达到抑制增材制造镍基高温合金过程中产生冷裂纹的效果。技术研发人员：杨晨,李卓,汤海波,曾子恒,杨阳,朱言言,程序,于容周,史淑静受保护的技术使用者：北京航空航天大学宁波创新研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/5