一种激光增材制造镍基高温合金的原位热处理方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于增材制造技术领域，具体涉及一种激光增材制造镍基高温合金的原位热处理方法及装置。本发明专利技术利用激光增材制造技术制备镍基高温合金，在激光增材制造过程中，实时追踪热影响区内的热处理温度，控制磁场作用于镍基高温合金的热影响区，利用热影响区余热进行原位热处理，无需单独引入其他加热热源。本发明专利技术通过引入横向静磁场或横向交变磁场进行原位热处理，调控镍基高温合金的组织、元素分布和沉淀相大小，降低成分偏析和残余应力，避免镍基高温合金裂纹产生。基高温合金裂纹产生。基高温合金裂纹产生。

【技术实现步骤摘要】
一种激光增材制造镍基高温合金的原位热处理方法及装置


[0001]本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种激光增材制造镍基高温合金的原位热处理方法及装置。

技术介绍

[0002]镍基高温合金因其具有良好的高温力学性能，在航空航天和燃气轮机领域广泛运用。与镍基高温合金相比，铁基合金承温能力有限，钴基合金中钴材料相对稀缺，而镍基高温合金在600℃以上具有良好的抗疲劳、抗蠕变以及抗氧化性等性能，成本比钴基合金低，因而应用最为广泛。
[0003]激光增材制造技术的出现，为复杂的镍基高温合金零部件的设计和制造提供了新思路。增材制造是一种将3D实体模型进行切片，并利用高能束熔化合金粉末或线材，从而进行逐层制造的技术，其摆脱了传统工艺对于模具的依赖，缩短了生产周期，并可实现客制化的生产。
[0004]增材制造镍基高温合金的过程中热循环复杂，导致镍基高温合金在凝固过程中易出现裂纹、应力变形、析出以及组织粗大等问题，严重制约了镍基高温合金增材制造的发展。镍基高温合金成分复杂，熔点较高，在增材过程中，传统的热处理方法是在打印完毕后将所得镍基高温合金成型件在真空高温条件下保温进行热处理，但是这种方法控制组织生长和成分偏析效果差，导致镍基高温合金易产生裂纹。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种激光增材制造镍基高温合金的原位热处理方法及装置，本专利技术提供的原位热处理方法可以使激光增材制造得到的镍基高温合金组分均匀，无裂纹。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种激光增材制造镍基高温合金的原位热处理方法，包括以下步骤：
[0008]将镍基高温合金粉末进行激光增材制造，利用激光增材制造的余热对已沉积层进行原位热处理；所述原位热处理在磁场条件下进行；
[0009]所述磁场的作用区域的温度不低于所述镍基高温合金的γ'相溶解温度且不高于固相线温度。
[0010]优选的，所述磁场的作用时间为镍基高温合金的已沉积层的温度在γ'相溶解温度和固相线温度之间停留的时间。
[0011]优选的，所述磁场为横向静磁场或交变磁场；所述磁场的强度不高于1T。
[0012]优选的，所述激光增材制造的激光功率为1200～2000W。
[0013]优选的，所述磁场的作用区域的温度为600～1350℃，所述磁场的作用时间不超过5min。
[0014]优选的，所述镍基高温合金为沉淀强化型镍基高温合金；所述沉淀强化型镍基高温合金为镍基多晶合金或镍基单晶合金。
[0015]优选的，所述磁场在已沉积层移动；所述磁场的作用区域的温度通过红外热成像探测仪同步追踪。
[0016]优选的，所述激光增材制造所用基板包括镍基高温合金基板或不锈钢基板；所述基板的预热温度为200～1150℃。
[0017]优选的，所述镍基高温合金粉末的流动性不高于30s/50g，粒径为50～150μm。
[0018]本专利技术还提供了一种激光增材制造镍基高温合金的原位热处理装置，包括机械控制系统和磁场控制系统：
[0019]所述机械控制系统包括底座4；
[0020]机械臂5；所述机械臂5和底座4活动连接；
[0021]电机6；所述电机6用于为机械臂5提供动力；
[0022]电机安装平台7；所述电机6设置于所述电机安装平台7的机械控制系统上；
[0023]所述磁场控制系统包括安装组件1；所述安装组件1的形状为U形；所述安装组件1与所述电机安装平台7连接；
[0024]磁场组件2；所述磁场组件2设置于所述安装组件1的U形凹槽内；
[0025]红外热成像探测仪8；所述红外热成像探测仪8设置于所述安装组件1的轴对称中心；
[0026]激光光源9。
[0027]本专利技术提供了一种激光增材制造镍基高温合金的原位热处理方法。本专利技术利用激光增材制造技术制备镍基高温合金，磁场作用于镍基高温合金的热影响区(激光增材制造过程中已打印完成被传热继续影响的区域)，利用热影响区余热进行原位热处理，无需单独引入其他加热热源，通过引入横向静磁场或横向交变磁场进行原位热处理，可以更好地控制镍基高温合金的组织、元素分布和沉淀相大小，降低成分偏析和残余应力，避免镍基高温合金裂纹产生，拓展了镍基高温合金的应用领域。
[0028]进一步的，本专利技术在激光增材制造过程中，控制磁场与所述激光增材制造所得镍基高温合金同步移动，磁场的作用区域的温度通过红外热成像探测仪同步追踪，可以更精准地控制磁场的作用区域的温度，更好地避免镍基高温合金裂纹产生。
[0029]本专利技术还提供了一种激光增材制造镍基高温合金的原位热处理装置。本专利技术提供的装置成本低，操作方便，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术提供的激光增材制造镍基高温合金的原位热处理装置的结构图；其中，1为安装组件，2为磁场组件，3为工作台，4为底座，5为机械臂，6为电机，7为电机安装平台，8为红外热成像探测仪，9为激光光源；
[0032]图2为本专利技术提供的激光增材制造镍基高温合金的原位热处理方法的流程图；
[0033]图3为本专利技术实施例1制备的GH4099的显微组织图；
[0034]图4为本专利技术实施例2制备的镍基单晶高温合金DD5的显微组织图。
具体实施方式
[0035]本专利技术提供了一种激光增材制造镍基高温合金的原位热处理方法，包括以下步骤：
[0036]将镍基高温合金粉末进行激光增材制造，利用激光增材制造的余热对已沉积层进行原位热处理；所述原位热处理在磁场条件下进行；
[0037]所述磁场的作用区域的温度不低于所述镍基高温合金的γ'相溶解温度且不高于固相线温度。
[0038]在本专利技术中，所述激光增材制造前优选对所述镍基高温合金粉末进行烘干；所述烘干后的镍基高温合金粉末的流动性优选不高于30s/50g，更优选不高于20s/50g，进一步优选不高于18s/50g；所述镍基高温合金粉末烘干后优选在保护气中保存备用；所述保护气优选为氮气；所述镍基高温合金粉末的粒径优选为50～150μm，更优选为70～120μm，进一步优选为90～110μm；所述镍基高温合金优选为沉淀强化型镍基高温合金；所述沉淀强化型镍基高温合金优选为镍基多晶合金或镍基单晶合金；所述镍基多晶合金优选包括高温合金GH4099、高温合金IN792或高温合金IN738；所述镍基单晶合金优选包括高温合金IN792、高温合金DD5、单晶高温合金CMSX
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4或单晶高温合金CMSX
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10。
[0039]在本专利技术中，所述镍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光增材制造镍基高温合金的原位热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：将镍基高温合金粉末进行激光增材制造，利用激光增材制造的余热对已沉积层进行原位热处理；所述原位热处理在磁场条件下进行；所述磁场的作用区域的温度不低于所述镍基高温合金的γ'相溶解温度且不高于固相线温度。2.根据权利要求1所述的原位热处理方法，其特征在于，所述磁场的作用时间为镍基高温合金的已沉积层的温度在γ'相溶解温度和固相线温度之间停留的时间。3.根据权利要求1～2任一项所述的原位热处理方法，其特征在于，所述磁场为横向静磁场或交变磁场；所述磁场的强度不高于1T。4.根据权利要求1所述的原位热处理方法，其特征在于，所述激光增材制造的激光功率为1200～2000W。5.根据权利要求1～2任一项所述的原位热处理方法，其特征在于，所述磁场的作用区域的温度为600～1350℃，所述磁场的作用时间不超过5min。6.根据权利要求1所述的原位热处理方法，其特征在于，所述镍基高温合金为沉淀强化型镍基高温合金；所述沉淀强化型镍基高温合金为镍基多晶合金或镍基单晶合金。7.根据权利要求1所述的原位热处理方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王江，陈超越，管威，徐松哲，胡涛，帅三三，任忠鸣，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：