[发明专利]一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法

说明书

本发明提供一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，属于增材制造及高温合金领域。本发明针对高Al、Ti含量(Al+Ti＞5％)的Renè104镍基高温合金激光增材制造易产生裂纹的问题，通过设计激光成形参数和分区扫描策略，抑制了成形件内部大尺寸裂纹的产生；再采用去应力退火完全消除成形件内部的残余应力；采用放电等离子烧结处理，消除了成形件内部的裂纹，并抑制了烧结过程中晶粒的长大。本发明首次提出采用激光增材得到成形件后，结合去应力退火和放电等离子烧结处理，消除成形件内部裂纹的方案。使用该方法，制备高Al、Ti含量的Renè104镍基高温合金，成形件内未见裂纹，其室温抗拉强度可达1300MPa以上。

技术领域

本发明提供一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，属于增材制造及高温合金领域。

背景技术

镍基高温合金在600℃以上高温保持优异的抗屈服能力，抗疲劳能力、抗蠕变能力以及抗腐蚀能力，广泛应用于航空航天、能源动力、交通运输和核电工业等领域，特别是航空发动机、火箭发动机和燃气轮机等的关键热端部件。由于镍基高温合金含有大量难熔合金元素，粉末成形困难，变形加工难度大，制造工序繁琐，工艺复杂等问题，特别是形状复杂的零件，严重制约了镍基高温合金的应用。

激光增材制造技术也叫激光3D打印，采用激光作为热源通过熔化金属粉末来逐层叠加，可以成形任意几何形状的实体，在复杂形状镍基高温合金的制备领域具有独特的优势。但是，激光增材制造热梯度大、反复重熔，导致成形件残余应力大，易产生开裂，特别是具有高Al、Ti含量、焊接性能差的镍基高温合金，容易在成形过程中产生裂纹，严重降低成形件的力学性能。因此，如何控制镍基高温合金激光增材制造裂纹的形成，成为实现激光增材制造镍基高温合金应用的关键。

针对上述问题，国内外进行了探索性的研究。中国专利(CN104785778A)公开了一种高温合金零件的激光增材制造工艺，采用高功率激光束按照预先规划的扫描路径逐层熔化堆积高温合金粉末，制造出高温合金零件。激光增材制造工艺过程中，采用应力控制方法，即在激光增材制造过程中引入超声波应力消除技术，防止出现激光增材制造零件的变形开裂等问题。中国专利(CN107971491)公开了一种消除电子束选区熔化增材制造镍基高温合金零部件微裂纹的方法，对增材制造镍基高温合金依次进行热等静压处理、固溶处理和时效处理，可以获得致密无微裂纹的增材制造镍基高温合金材料。采用的热等静压工艺参数为温度1220℃-1230℃，时间2h-4h，温度高于再结晶温度。

本发明首次尝试了通过控制增材制造参数，并结合去应力退火、放电等离子烧结(SPS)处理，得到了无裂纹(包括内部和表面的裂纹)而且力学性能大幅度提高的产品。

发明内容

本发明提出一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，通过控制增材制造参数，结合去应力退火、SPS处理，可以有效消除Renè104镍基高温合金中的裂纹，特别是高Al、Ti含量的焊接性能差的镍基高温合金在成形过程中裂纹的产生，提高成形件的力学性能。

本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，设计了一种条带分区和棋盘分区扫描策略，通过扫描策略和工艺参数的协同作用，减少了成形过程中残余应力的产生和叠加，抑制了大尺寸裂纹的产生，然后对成形件采用去应力退火和放电等离子烧结后处理，消除了成形件内部的裂纹并大幅度提高产品的力学性能。

本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，包括如下步骤：

(1)激光增材制造前准备

根据所需零件的形状，在三维设计软件里设计零件的三维模型，然后将三维模型导入激光增材制造设备，软件自行切片处理后，将每一切片层的数据导入激光增材制造的系统中；

(2)通过激光选区熔化进行增材制造