【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法及应用，属于高温合金及增材制造领域。
技术介绍
1、增材制造过程极高的能量输入和温度梯度，凝固速度快，是高性能复杂结构件的重要制备技术。镍基高温合金具有复杂的组成成分和优良的高温力学性能，在航空航天和舰船等领域具有广泛的应用。但是，镍基高温合金增材制开裂敏感，极易产生开裂，制约了镍基高温合金复杂结构件的增材制造应用。
2、如何判断镍基高温合金增材制造开裂敏感性，目前主要还是采用粉末直接进行增材制造得到打印件，观察打印件是否开裂来进行增材制造开裂敏感性评估。这种方法工艺流程长，效率低，成本高。目前，还没有一种高效评估镍基高温合金增材制开裂敏感性的评估方法。
3、针对上述问题，本专利技术提供一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，可快速高效评估和验证镍基高温合金增材制造开裂敏感性，为增材制造用镍基高温合金的成分设计和评估提供全新的解决方案。
技术实现思路
1、针对目前镍基高温合金增材制造开裂敏感性缺少有效评估手段和理论指导的问题，本专利技术提供一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，首次提出采用合金的凝固温度区间δts作为判据，结合合金表面增材制造加工处理，评估镍基高温合金的增材制造开裂敏感性，快速筛选和设计出低开裂敏感性的增材制造用镍基高温合金成分。
2、本专利技术一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，具体步骤包括：
3、(1)根据所涉及的待评估镍基高温合金成分，选择
4、(2)根据所涉及的待评估镍基高温合金成分，获取待评估镍基高温合金的液相点温度tl和固相点温度ts，计算待评估镍基高温合金的凝固温度区间δts；其中，δts越小，待评估镍基高温合金的开裂敏感性越低；
5、(3)当待评估镍基高温合金的δts满足δts≤(δts)critical时，根据所涉及的待评估合金成分配置原料，制成合金铸坯，均匀化热处理，获得待评估镍基高温合金块体材料；
6、(4)按照增材制造工艺，对待评估镍基高温合金块体进行增材制造表面处理，观察合金是否存在开裂现象；若无开裂，则判定该待评估镍基高温合金增材制造开裂敏感性低。
7、在步骤(1)中，参照合金优选为rené104，inconel 738或cm247lc，以及其他已知镍基高温合金。
8、本专利技术一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，镍基高温合金的液相点温度tl和固相点温度ts的获取方法包括：
9、从合金的dsc曲线获得；
10、或合金的液相点和固相点按照下列公式计算获得：
11、tl＝a+a1·x1+a2·x2+a3·x3+a4·x4+······· (1)
12、ts＝b+b1·x1+b2·x2+b3·x3+b4·x4+······· (2)
13、根据计算公式(1)和(2)，计算出液相点温度tl和固相点温度ts；其中，a、b为特征常数，与材料有关，ai和bi分别是与合金中组分i的液相点温度tl和固相点温度ts相关的系数，xi是合金组分i的摩尔百分比；
14、或查阅文献资料获得。
15、本专利技术一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，镍基高温合金的液相点和固相点的计算公式为：
16、ts＝-120+17.7·xni+16.0·xco+15.2·xal+2.1·xti+13.4·xta+19.2·xcr+5.0·xmo+20.4·xw+34.3·xre+23.1·xru+15.4·xfe+6.4·(xnb+xhf) (3)
17、tl＝956.9+8.2·xni+7.6·xco+2.2·xal+3.4·xti-3.7·xta+3.9·xcr+7.2·xmo+11.5·xw+21.1·xre+12.1·xru+7.4·xfe-3.3·(xnb+xhf) (4)
18、进而计算镍基高温合金的凝固温度区间δts＝tl-ts。
19、本专利技术一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，当待评估镍基高温合金满足δts≤(δts)critical时，按照待评估镍基高温合金成分配制原料，熔炼，浇铸为铸坯，对铸坯进行均匀化处理；对铸坯进行机加工，制成块体材料，块体的厚度大于5mm；对所获得块体进行表面加工，用于增材制造的表面，其粗糙度小于1.6μm并进行喷砂处理，得到表面洁净的用于增材制造表面处理合金块体。
20、本专利技术中，块体的厚度选择5mm以上，是为了避免增材制造过程产生的内应力引发块体翘曲变形，导致产生误判。
21、本专利技术中，块体表面粗糙度选择1.6μm以下，是为了提高激光处理精度防止局部过烧，导致产生误判。
22、本专利技术一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，对合金块体表面进行激光增材制造处理，所述的激光增材制造参数为：激光功率为250～380w，激光扫描速度为400～1100mm/s，搭接间距为70-110μm，预热温度为100-200℃，扫描方式为蛇形扫描或棋盘扫描；保护性气氛为惰性气体氦气、氩气，或氩、氦混合气体，其中，氧元素含量小于0.0001wt.％。
23、本专利技术一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，观察激光增材制造处理的合金块体表面状态；
24、当激光增材制造表面处理后合金块体无开裂现象，表明该合金的增材制造开裂敏感性较低，不会发生增材制造开裂，可用于增材制造；
25、当激光增材制造表面处理后合金块体出现开裂现象，表明该合金的增材制造开裂敏感性较高，会发生增材制造开裂。
26、本专利技术一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法的应用：
27、当激光增材制造表面处理后合金块体不发生开裂，(δts)critical可作为所涉及的待评估镍基高温合金体系开裂敏感性判据，用于评估该体系镍基高温合金的开裂敏感性；
28、当激光增材制造表面处理后合金块体出现开裂，则需要调整开裂敏感性判据(δts)critical：减小(δts)critical的数值作为新判据(δts)critical，重复步骤(1)～(4)，观察激光增材制造表面处理后的合金块体是否开裂；将不开裂的合金作为优化后的合金，将此合金的δts作为新的判据，用作评估该合金体系的判据。
29、本专利技术一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法的应用，当激光增材制造表面处理后合金块体出现开裂，调整开裂敏感性判据(δts)critical：减小(δts)critical的数值作为新判据(δts)critical，对待评估镍基高温合金成分进行优化设计，重复步骤(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，其特征在于：镍基高温合金的液相点温度TL和固相点温度TS的获取方法包括：
3.根据权利要求2所述的一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，其特征在于：镍基高温合金的液相点和固相点的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，其特征在于：当待评估镍基高温合金满足ΔTS≤(ΔTS)Critical时，按照待评估镍基高温合金成分配制原料，熔炼，浇铸得到铸坯，对铸坯进行均匀化处理；对铸坯进行机加工，制成块体材料，块体的厚度大于5mm；对所获得块体进行表面加工，用于增材制造处理的表面，其粗糙度小于1.6μm并进行喷砂处理，得到表面洁净的用于增材制造表面处理合金块体。
5.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，其特征在于：对合金块体表面进行激光增材制造处理，所述的激光增材制造参数为：激光功率为250～380W，激光扫描速度为400～11
6.根据权利要求5所述的一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，其特征在于：观察激光增材制造处理的合金块体表面状态；
7.一种如权利要求1～6任意一项所述的镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法的应用，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法的应用，其特征在于：当激光增材制造表面处理后合金块体出现开裂，调整开裂敏感性判据(ΔTS)Critical：减小(ΔTS)Critical的数值作为新判据(ΔTS)Critical，对待评估镍基高温合金成分进行优化设计，重复步骤(1)～(4)，直至激光增材制造表面处理后的合金块体不发生开裂；将不出现开裂的合金作为优化后的合金，按照优化后的合金成分制备合金粉末，采用增材制造技术将合金粉末制备成合金块体，通过观察合金是否开裂来进一步验证新判据的合理性；
9.根据权利要求5～8所述的一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法的应用，其特征在于：观察激光增材制造表面处理的合金块体是否开裂；若合金块体不出现开裂，则制备该合金粉末，采用增材制造技术将合金粉末制备成块体；观察增材制造合金块体表面状态，获得增材制造制备无裂纹镍基高温合金合金，验证评估方法的准确性。
10.根据权利要求5～9所述的一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法的应用，其特征在于：当所涉及的待评估镍基高温满足ΔTS≤(ΔTS)Critical时，根据所设计合金配置原料，制成合金铸坯，对合金块体进行一定参数的激光增材制造表面处理后，观察激光增材制造处理表面的状态，获得不发生开裂的增材制造工艺参数范围，作为该合金适配的激光增材制造参数范围。
...【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，其特征在于：镍基高温合金的液相点温度tl和固相点温度ts的获取方法包括：
3.根据权利要求2所述的一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，其特征在于：镍基高温合金的液相点和固相点的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，其特征在于：当待评估镍基高温合金满足δts≤(δts)critical时，按照待评估镍基高温合金成分配制原料，熔炼，浇铸得到铸坯，对铸坯进行均匀化处理；对铸坯进行机加工，制成块体材料，块体的厚度大于5mm；对所获得块体进行表面加工，用于增材制造处理的表面，其粗糙度小于1.6μm并进行喷砂处理，得到表面洁净的用于增材制造表面处理合金块体。
5.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，其特征在于：对合金块体表面进行激光增材制造处理，所述的激光增材制造参数为：激光功率为250～380w，激光扫描速度为400～1100mm/s，搭接间距为70-110μm，预热温度为100-200℃，扫描方式为蛇形扫描或棋盘扫描；保护性气氛为惰性气体氦气、氩气，或氩、氦混合气体，其中氧元素含量小于0.0001wt.％。
6.根据权利要求5所述的一种镍基高温合金增材制造开裂敏感性评估方法，其特征在于：观察激光增材制造处理的合金块体表面状态；
【专利技术属性】
技术研发人员：刘祖铭，江道言，曹镔，刘涛，张亚洲，叶书鹏，周润星，陈雷，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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