一种实现镍基合金晶体学织构调控的准连续激光金属3D打印方法技术

本发明专利技术公开了一种实现镍基合金晶体学织构调控的准连续激光金属3D打印方法，先将激光输出设置为准连续激光模式，再对激光金属3D打印工艺窗口进行初步优化；利用有限元传热模型对初步优化参数下的熔池温度场进行计算；提取单个脉冲周期内激光关闭期间熔池移动边界的温度梯度G及冷却速率ξ，根据组织生长理论模型，计算出单个脉冲内柱状枝晶的生长长度L；根据扫描速度V与脉冲频率f比值等于0.5～0.8L的匹配原则，对激光参数进行优化，最后按优化参数进行3D打印成形，获得晶体学取向高度一致的成形零件。本发明专利技术通过调制热源输出的方式，在沿扫描方向引入对杂晶或等轴晶的有效重熔机制，获得全部柱状枝晶生长，显著提高晶粒取向的一致性。

A quasi continuous laser metal 3D printing method to regulate the crystallographic texture of nickel based alloys

The invention discloses a nickel base alloy crystallographic texture control quasi continuous laser metal 3D printing method, the laser output is set to a quasi continuous laser mode, the laser metal 3D printing process window was optimized; the temperature field of molten pool of optimization parameters are calculated by using the finite element model of heat transfer; extraction of single pulse cycle laser off temperature gradient and the cooling rate of G. During the pool of moving boundary, according to the growth model, calculate the length of single pulse L growth of columnar dendrite; according to the scanning speed and pulse frequency V F ratio is equal to 0.5 ~ 0.8L of the matching principle, the laser parameters were optimized. Finally, 3D printing according to the optimized parameters, obtained parts forming crystallographic orientation highly consistent. Through the way of modulating the heat source output, the invention introduces the effective remelting mechanism of the hetero crystalline or equiaxed grains along the scanning direction, and obtains all columnar dendrite growth, and significantly improves the consistency of grain orientation.

【技术实现步骤摘要】
一种实现镍基合金晶体学织构调控的准连续激光金属3D打印方法
本专利技术涉及激光金属材料加工领域，尤其涉及一种实现镍基合金晶体学织构调控的准连续激光金属3D打印方法。
技术介绍
晶体学织构能够充分利用晶体本身存在的各向异性，在保持工程材料原有的传统特点基础上，使必要的性能在特定方向得到显著的提高，这对改进材料性能具有重要作用。例如，镍基高温涡轮叶片在高温-应力服役环境下，与应力轴垂直的晶界是主要裂纹源，但通过一定控制(如定向凝固)，获得几乎与主应力轴方向平行的<100>取向柱状晶组织(消除横向晶界)甚至单晶(无晶界)，从而减小甚至消除作用在晶界上的应力，可有效延缓裂纹形成并增加高温蠕变及疲劳寿命。同时，平行于主应力轴方向、低弹性模量的<100>取向柱状晶组织还能提高塑性与热疲劳性能。然而，采用传统方法加工定向凝固甚至单晶零件，造价十分昂贵，这极大限制了镍基定向凝固叶片及单晶叶片的广泛应用。激光金属3D打印技术，是一种在计算机、激光以及新材料等技术的基础上发展起来的先进制造技术。该技术基于“分层制造，离散堆积”原理，可直接根据零件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现镍基合金晶体学织构调控的准连续激光金属3D打印方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将激光输出设置为准连续激光模式，即将激光调制为毫秒量级的间歇式输出，并对准连续激光金属3D打印工艺窗口进行初步优化，获得初步优化的工艺窗口，包括：激光波形、激光功率、光斑直径、送粉量和占空比；步骤二：利用有限元传热模型对初步优化工艺参数下镍基合金准连续激光金属3D打印过程中熔池的温度场进行计算；步骤三：根据步骤二得到的温度场，针对单个脉冲周期内激光关闭期间，每隔0.2～2ms对熔池移动边界的温度梯度G及冷却速率ξ进行一次提取，其中G及ξ的单位分别为℃/m与℃/s，并计算出不同时刻G

【技术特征摘要】
1.一种实现镍基合金晶体学织构调控的准连续激光金属3D打印方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将激光输出设置为准连续激光模式，即将激光调制为毫秒量级的间歇式输出，并对准连续激光金属3D打印工艺窗口进行初步优化，获得初步优化的工艺窗口，包括：激光波形、激光功率、光斑直径、送粉量和占空比；步骤二：利用有限元传热模型对初步优化工艺参数下镍基合金准连续激光金属3D打印过程中熔池的温度场进行计算；步骤三：根据步骤二得到的温度场，针对单个脉冲周期内激光关闭期间，每隔0.2～2ms对熔池移动边界的温度梯度G及冷却速率ξ进行一次提取，其中G及ξ的单位分别为℃/m与℃/s，并计算出不同时刻G4.4/ξ值，将G4.4/ξ值与镍合金的柱状-等轴转变临界值K进行比较，其中K为2.7×1024℃3.4/m4.4s，得到G4.4/ξ等于K时的临界时刻t，获得临界时刻t所对应的熔池形貌，与关光瞬间熔池形貌比较，计算出单个脉冲内关光瞬间与t时刻熔池边界之间柱状枝晶的生长长度L；步骤四：根据扫描速度V与脉冲频...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋立军，肖辉，李思萌，成满平，罗国云，肖文甲，李言覃，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43