一种GH4099镍基合金构件的激光沉积成形工艺方法技术

本发明专利技术属于金属增材制造及高温合金技术领域，尤其涉及一种GH4099镍基合金构件的激光沉积成形工艺方法。步骤如下：将GH4099镍基合金制成合金粉末，干燥处理；选取对沉积成形的基板，进行预处理；设置激光沉积成的工艺参数并进行合金构件的沉积成形，得到合金构件；对得到合金构件进行热处理，得到外形尺寸、理化性能均合格的GH4099镍基合金构件。本发明专利技术通过对粉末的合金成分优化，实现了GH4099镍基合金在激光增材制造过程中的质量稳定控制，有效避免了晶间开裂；通过合理调控激光沉积工艺参数，实现激光功率与扫描速度的有效匹配，提高沉积层与基体制件的冶金结合质量，减少由于急速加热/冷却产生的热应力，保证产品内部质量。

【技术实现步骤摘要】
一种GH4099镍基合金构件的激光沉积成形工艺方法
本专利技术属于金属增材制造及高温合金
，尤其涉及一种GH4099镍基合金构件的激光沉积成形工艺方法。
技术介绍
GH4099是典型的沉淀硬化型镍基变形高温合金，具有较高的热强性，在900℃下可长期使用，短时使用温度可达1000℃。该合金组织稳定，具有良好的冷热加工成型和焊接工艺性能，适合于制造航空发动机燃烧室和加力燃烧室等高温板材承力焊接结构件。但在空天装备制造工程应用中，该合金铸造性能差、加工难度高，在焊接过程中具有较高的热裂纹敏感性，易发生晶间开裂产生内部裂纹。严重影响产品性能，现有的制造手段难以满足生产需求。近年来，随着同轴送粉增材制造技术的发展，采用激光沉积成形(LMD)的技术手段实现高合金化高熔点高硬度材料的近净成形，正成为高温合金制造领域的研究与应用热点。GH4099镍基合金的合金化程度高、合金元素熔点差异大，在高功率激光沉积和高频熔化凝固过程中，低熔点元素易在沉积冷凝过程中在晶界偏聚、或形成低熔点的共晶相，物相偏析极易引起开裂。本专利技术通过对原材料化学成分的优化调整、激光沉积工艺的合理设计，以及对制件的工艺性热处理等，可以有效该少沉积层的界面结合和冶金质量，进而消除晶界热裂，保证制件性能。
技术实现思路
本专利技术公开了一种GH4099镍基合金构件的激光沉积成形工艺方法，以解决现有技术的上述技术问题以及其他潜在问题中的任意问题。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种GH4099镍基合金构件的激光沉积成形工艺方法，该方法具体包括以下步骤：S1)将GH4099镍基合金制成合金粉末，并进行干燥处理；S2)选取沉积成形的基板，并对基板进行预处理；S3)构建待成形合金构件的激光沉积成形模型，采用激光沉积成形工艺方法将S2)得到粉料进行成形处理，即得到合金构件；S4)对S3)得到合金构件进行热处理，得到外形尺寸、理化性能均合格的GH4099镍基合金构件。进一步，所述S1)中GH4099镍基合金为合金棒材，所述合金棒材经旋转电极雾化法制备激光沉积用球形粉末，粉末粒径为75μm～185μm；所述粉末球形度不低于0.95。进一步，所述GH4099镍基合金的各个组分的质量百分比为：Cr17-20％、C≤0.06％、Mo3.5-4.3％、Al1.5-2.3％、Co5.5％-8％、Si≤0.5％、Mn≤0.4％、W5％-7％、Ti1.1％-1.6％，余量为Ni和不可避免的杂质。进一步，所述S2)中所述预处理的具体工艺为：在基板表面进行磨削，基板表面的粗糙度为Ra10-Ra13，，并用丙酮或乙醇清洗液进行清洗，以去除表面污渍及杂质。进一步，所述基板为不锈钢板、碳钢板或高温合金板，进一步，所述S3)具体步骤为：S3.1)激光沉积的工艺参数为：激光功率1600W-2500W，扫描速率为700mm/min-900mm/min，光斑直径3mm-6mm，送粉速率为5-20g/min，送粉器流量为9-10L/h,送粉气为氩气或氮气，沉积分层厚度0.5mm-1.5mm；S3.2)激光扫描方式为棋盘格扫描，棋盘格内扫描方式为单层条状往复扫描，上层与下层的扫描道夹角为45°-90°，相邻扫描道的搭配此搭接率为15％-50％，进行合金构件的沉积成形，得到合金构件。进一步，所述沉积过程中成形腔内氧含量控制在1500ppm以下；所述的激光器为光纤激光器。进一步，所述S4)中的热处理为固溶+时效的处理方式，所述固溶处理工艺方法为：热处理炉中在1120℃～1150℃保温1h～2.5h，空冷或气冷至室温；所述时效处理方法为：在经过固溶处理后，将制件在热处理炉800℃～950℃环境中保温8h～14h，空冷至室温。进一步，所述合金构件在700℃下抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥600MPa，延伸率≥14％；在900℃下抗拉强度≥320MPa，屈服强度≥260MPa，延伸率≥12％。一种GH4099镍基合金构件，所述GH4099镍基合金构件采用上述方法制备得到。本专利技术的有益效果是，由于采用了上述技术方案，本专利技术通过对粉末的合金成分优化，实现了GH4099镍基合金在激光增材制造过程中的质量稳定控制，有效避免了晶间开裂；通过合理调控激光沉积工艺参数，实现激光功率与扫描速度的有效匹配，提高沉积层与基体制件的冶金结合质量，减少由于急速加热/冷却产生的热应力，保证产品内部质量。附图说明：图1为本专利技术一种GH4099镍基合金构件的激光沉积成形工艺方法的流程图。图2为本专利技术的激光沉积粉末微观形貌示意图。图3为本专利技术实施例1中制备得到的构件的金相组织(沉积态)示意图。图3a为横向组织；图3b为竖向组织。图4为本专利技术实施例1中制备得到的构件的成形件室温拉伸性能(热处理态)曲线示意图。图5为本专利技术实施例2中制备得到的构件的金相组织(热处理态)示意图。图5a为横向组织；图5b为竖向组织。图6为本专利技术实施例2中制备得到的构件的在700℃拉伸性能曲线示意图。图7为本专利技术实施例2中制备得到的构件的拉伸断口形貌示意图，图7a为500#，图7b为1000#。图8为本专利技术实施例3中制备得到的构件在900℃下拉伸性能曲线示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本专利技术一种GH4099镍基合金构件的激光沉积成形工艺方法，该方法具体包括以下步骤：S1)将GH4099镍基合金制成合金粉末，并进行干燥处理；S2)选取沉积成形的基板，并对基板进行预处理；S3)构建待成形合金构件的激光沉积成形模型，采用激光沉积成形工艺方法将S2)得到粉料进行成形处理，即得到合金构件；S4)对S3)得到合金构件进行热处理，得到外形尺寸、理化性能均合格的GH4099镍基合金构件。所述S1)中GH4099镍基合金为合金棒材，所述合金棒材经旋转电极雾化法制备激光沉积用球形粉末，粉末粒径为75μm～185μm；所述粉末球形度不低于0.95。所述GH4099镍基合金的各个组分的质量百分比为：Cr17-20％、C≤0.06％、Mo3.5-4.3％、Al1.5-2.3％、Co5.5％-8％、Si≤0.5％、Mn≤0.4％、W5％-7％、Ti1.1％-1.6％，余量为Ni和不可避免的杂质。所述S2)中所述预处理的具体工艺为：在基板表面进行磨削，保证基板表面具有一定的粗糙度(Ra10-Ra13)，并用丙酮或乙醇清洗液进行清洗，以去除表面污渍及杂质。所述基板为不锈钢板、碳钢板或高温合金板。所述S3)具体步骤为：S3.1)激光沉积的工艺参数为：激光功率1600W-2500W，扫描速率为700mm/min-900mm/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GH4099镍基合金构件的激光沉积成形工艺方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：/nS1)将GH4099镍基合金制成合金粉末，并进行干燥处理；/nS2)选取沉积成形的基板，并对基板进行预处理；/nS3)构建待成形合金构件的激光沉积成形模型，采用激光沉积成形工艺方法将S2)得到粉料进行成形处理，即得到合金构件；/nS4)对S3)得到合金构件进行热处理，得到外形尺寸、理化性能均合格的GH4099镍基合金构件。/n

【技术特征摘要】
1.一种GH4099镍基合金构件的激光沉积成形工艺方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1)将GH4099镍基合金制成合金粉末，并进行干燥处理；
S2)选取沉积成形的基板，并对基板进行预处理；
S3)构建待成形合金构件的激光沉积成形模型，采用激光沉积成形工艺方法将S2)得到粉料进行成形处理，即得到合金构件；
S4)对S3)得到合金构件进行热处理，得到外形尺寸、理化性能均合格的GH4099镍基合金构件。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1)中GH4099镍基合金为合金棒材，所述合金棒材经旋转电极雾化法制备激光沉积用球形粉末，粉末粒径为75μm～185μm；所述粉末球形度不低于0.95。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述GH4099镍基合金的各个组分的质量百分比为：Cr17-20％、C≤0.06％、Mo3.5-4.3％、Al1.5-2.3％、Co5.5％-8％、Si≤0.5％、Mn≤0.4％、W5％-7％、Ti1.1％-1.6％，余量为Ni和不可避免的杂质。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2)中所述预处理的具体工艺为：在基板表面进行磨削，基板表面的粗糙度为Ra10-Ra13，并用丙酮或乙醇清洗液进行清洗，以去除表面污渍及杂质。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3)具体步骤为：
S3.1)激光沉积的工艺参数为：激光功率1600W-2...

【专利技术属性】
技术研发人员：许旭鹏，钱远宏，李志勇，
申请(专利权)人：北京星航机电装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11