一种基于增材制造镍基合金磁粒抛光增强增韧的方法技术

本发明专利技术属于镍基合金以及后处理领域，具体公开了一种基于增材制造镍基合金磁粒抛光增强增韧的方法，包括建立构件模型，采用选择性激光熔化方法，按照工艺参数进行激光扫描、成型，制备得到所述构件；对制得的构件依次进行均匀化处理、磁性磨粒抛光，高温时效处理以及低温时效处理。本发明专利技术在利用选择性激光熔化技术的基础上，采用磁性磨料抛光和热处理的复合处理，得到性能优异的合金制件。该合金制件的强度和综合机械性能得到有效改善和提高，具有更广和更复杂的应用场景。更广和更复杂的应用场景。更广和更复杂的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于增材制造镍基合金磁粒抛光增强增韧的方法


[0001]本专利技术属于镍基合金以及后处理领域，涉及一种基于增材制造镍基合金磁粒抛光增强增韧的方法。

技术介绍

[0002]作为航空航天、核领域和飞机涡轮发动机中最广泛使用的超级合金之一，Inconel 718是一种可沉淀硬化的合金，其主要成分是镍、铁和铬。由于其γ
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和γ
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相的强化相，因此该合金具有优良的机械性能。另一方面，它是一种众所周知的难加工材料，因为它在高温下也有很高的强度，这阻碍了复杂零件的制造。近年来蓬勃发展的增材制造(AM)，可以通过数控分层方法制造出具有近乎净值的自由形状的部件，为更多的前沿应用提供了最先进的技术，并且与传统的减材制造工艺相比，减少了在工具和模具上的成本投入。
[0003]激光粉末床熔融技术(LPBF)利用高功率激光束创建粉末床熔融，以实现快速的三维原型制造，被认为是一种有前途的AM技术，对包括Inconel 718在内的众多工程合金具有较高的打印分辨率。然而，LPBF中涉及的极高的加热/冷却速率和热循环容易引入巨大的残余应力，从而导致变形、翘曲、开裂等问题。此外，由于逐层构建和阶梯效应，表面质量和微观结构的均匀性普遍较差，不能满足工业应用对表面完整性和机械性能的要求。因此，AM零件一般需要进一步的后加工，如热等压、热处理和表面改性等后加工，以达到所需的使用标准。
[0004]磁性粒抛光(MAF)是将具有导磁性能和加工能力的一定量的磁性粒以合理的加工间隙置于磁极头和工件之间，通过磁场发生装置(利用电磁场或永磁场在加工区域形成具有一定磁场强度的磁场)，使磁性粒对工件产生一定大小的作用力，并通过一定的运动形式使工件和磨粒间产生复杂的相对运动。在作用力和相对运动的作用下，磁性粒对工件表面产生微量磨削、挤压、磨粒磨损和电化学磨损等综合作用，从而改变工件表面几何特征(表面粗糙度下降，轮廓支撑度增加，去毛刺等)改善表面层物理力学性能(如表面形成变质层、改善表面应力状态等),提高工件表面质量，改善工件表面完整性，进而提高工件及产品的使用性能和寿命，达到对表面光整加工的目的。
[0005]在后处理技术中，后热处理通常是AM制造的一个必要过程，以释放残余应力并消除快速固结所固有的各向异性的微观结构和性能，特别是对于添加制造的Inconel 718。Laves,(Ni,Fe,Cr)2(Nb,Ti,Mo),是一种顽固的相，这是由于铌在形成的Inconel 718部件中偏析所生成，它不仅消耗了铌和钛等强化元素，而且还加速了微裂纹的发生和扩展。而这导致了产品质量不高的同时，也导致了增材制造技术的发展的延滞。与此同时，后处理的顺序对MAF的加工也有着重要的影响，错误的处理顺序，会导致无法拥有最佳的性能。

技术实现思路

[0006]为改善现有技术存在的上述技术问题，本专利技术提供一种基于增材制造镍基合金磁粒抛光增强增韧的方法，包括：
[0007]建立构件模型，采用选择性激光熔化方法，按照工艺参数进行激光扫描、成型，制备得到所述构件；
[0008]对制得的构件依次进行均匀化处理、磁性磨粒抛光，高温时效处理以及低温时效处理。
[0009]优选的，所述磁性磨粒抛光的时长为3小时。
[0010]优选的，所述磁性磨粒抛光过程中，采用连接有Nd
‑
Fe
‑
B磁铁的磁性磨粒抛光机进行打磨；
[0011]优选的，所述磁铁的厚度为12.7毫米；
[0012]进一步的，所述磁性磨粒抛光机连接在五轴高速加工中心的主轴上。
[0013]优选的，主轴以每分钟600转的速度旋转，并以每秒1毫米的进给速度线性移动。
[0014]进一步的，所述磁性磨粒抛光过程中，磁铁和试件之间加入平均直径为0.7毫米的G25磁粉，以及平均直径120微米的金刚石磨料。
[0015]优选地，所述磁性磨粒抛光过程中，以水溶性巴氏化合物用作加工润滑剂，流速为每分钟0.05毫升。
[0016]优选地，所述磁性磨粒抛光过程中，一次精加工的进给距离为80毫米，覆盖整个样品长度。
[0017]优选地，所述磁性磨粒抛光过程中，每加工十次，将构件用乙醇在超声波清洗机中清洗5分钟。
[0018]优选的，所述均匀化处理的温度为1180℃，时间为1小时；
[0019]优选的，所述高温时效处理的温度为718℃，时长为15小时；
[0020]优选的，所述低温温时效处理的温度为650℃，时长为10小时；
[0021]进一步的，所述模型由CAD/CAE建模软件构建。
[0022]进一步的，所述模型采用下述工艺参数进行激光扫描、成型：
[0023]激光功率为285W，光斑直径为30～50μm，扫描速度为960mm/s，扫描间距为110μm，铺粉层厚为40μm。
[0024]进一步的，所述激光扫描的扫描策略为棋盘式扫描或岛式扫描。
[0025]进一步的，选择性激光熔化方法中，铺粉的粉末为，由原子气雾化法制得的预合金近等原子比Inconel 718粉末，粉末颗粒直径分布在45～53μm范围内，且在使用前经过真空干燥处理。
[0026]优选地，所述成型过程中的氧气含量≤500ppm；
[0027]优选的，所述成型过程中，采用氩气保护，气压保持在10～20mbar。
[0028]本专利技术的有益效果
[0029]针对选择性激光熔化制造合金制件的处理问题，本专利技术提供了一种基于增材制造镍基合金磁粒抛光增强增韧的方法。通过该方法，使得合金在经过磁性磨料抛光和热处理的复合处理后，构件的极限拉伸强度可以达到1334
±
5Mpa，总拉伸率可以达到22.9
±
0.8％，静态韧性可以达到290.4MJ
·
m
‑3，从而达到强化构件目的。本专利技术在利用选择性激光熔化技术的基础上，采用磁性磨料抛光和热处理的复合处理，得到性能优异的合金制件。该合金制件的强度和综合机械性能得到有效改善和提高，具有更广和更复杂的应用场景。
附图说明
[0030]图1是本专利技术实施例及对比例中的磁性磨粒抛光过程示意图；
[0031]图2是本专利技术实施例以及各对比例得到的拉伸试件的金相图像；
[0032]图3是本专利技术实施例以及各对比例得到的拉伸试件的残余应力柱状图。
具体实施方式
[0033]下文将结合具体实施例对本专利技术的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本专利技术，而不应被解释为对本专利技术保护范围的限制。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均涵盖在本专利技术旨在保护的范围内。
[0034]除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
[0035]本实施例中Inconel 718镍基合金的具体组分为：
[0036]Ni
‑
18.26Fe
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于增材制造镍基合金磁粒抛光增强增韧的方法，其特征在于，包括：建立构件模型，采用选择性激光熔化方法，按照工艺参数进行激光扫描、成型，制备得到所述构件；对制得的构件依次进行均匀化处理、磁性磨粒抛光、高温时效处理以及低温时效处理。2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述磁性磨粒抛光的时长为3小时。3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述磁性磨粒抛光过程中，采用连接有Nd
‑
Fe
‑
B磁铁的磁性磨粒抛光机进行打磨。4.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述磁铁的厚度为12.7毫米。5.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李坤，马锐津，詹建斌，白生文，李孝斌，董志华，张昂，蒋斌，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：