[发明专利]一种通过激光冲击强化改善异种合金增材制造界面组织和性能的方法

说明书

一种通过激光冲击强化改善异种合金增材制造界面组织和性能的方法，先采用计算机软件对成形试样进行建模和分层，采用定向能量沉积增材制造方式，在基板上成形第一种合金至指定高度，然后堆叠第一层异种合金，对第一层异种合金上表面进行激光冲击强化，确保激光冲击强化影响深度大于单层成形高度；在第一层异种合金的上表面继续堆叠第二层异种合金，调整工艺参数实现对第一层异种合金的在线热处理，在第二层异种合金上表面继续堆叠成形，直至第二种异种合金成形完毕，重复直至成形成完整零件；本发明应用激光冲击强化技术改善异种合金定向能量沉积增材制造过程中异种金属界面处的粗大微观组织、残余拉应力及气孔、裂纹等缺陷，提高零件的力学性能。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种通过激光冲击强化改善异种合金增材制造界面组织和性能的方法。

背景技术

激光冲击强化技术(Laser shock peening,简称LSP，又称作激光喷丸技术)，是采用高功率的激光冲击材料表面，从而使材料表面在一定深度内获得额外的残余压应力和位错密度，并通过后续热处理产生再结晶的一种表面处理工艺，相比于传统机械喷丸，激光冲击强化可以获得更高的残余压应力以及更大的影响层深度，同时还可以显著改善影响区域的组织结构，提高零件性能。

增材制造(additive manufacturing，简称AM)是依靠零件的三维模型数据为基础，通过将材料逐层堆积最终成形成零件或实物的工艺，定向能量沉积是金属增材制造的一个分支，相比于粉末床熔融技术，定向能量沉积技术设备简单，堆积效率高，可以直接用作金属零件的修复方式，并且可以较好的适应零件的维修环境。

目前，以电弧熔丝增材制造为例，采用定向能量沉积制造异种合金时，异种合金交界面的组织结构较为复杂，并且由于异种合金物理性能和化学性能差异较大，存在冶金不相容性，相比于同种合金，其交界面处更容易产生微观孔隙以及粗大晶粒等缺陷，且界面机械性能往往低于两种母材，极大的限制了异种合金增材制造的发展。采用激光冲击强化对合金界面进行在线处理可以极大的改善交界面的晶粒组织，从而提高合金的力学性能。

中国专利(申请号为201910734308.1)公开了一种金属增材制造的在线热处理工艺，中国专利(申请号为201810997040.6)的公开了一种基于3D打印技术的吸收保护层快速涂覆装置与方法，中国专利(申请号为201710391667.2)的公开了一种金属零件激光同轴送丝熔覆激光冲击锻打复合增材制造方法，上述对于金属增材制造的激光冲击强化工艺都是针对与改善同种合金整体件的机械性能，而未曾采用激光冲击强化来改善异种金属界面处的复杂微观组织及缺陷，且尚未尝试将激光冲击强化应用于异种金属零件修复以及异种合金焊缝的性能改善。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种通过激光冲击强化改善异种合金增材制造界面组织和性能的方法，应用激光冲击强化技术改善异种合金定向能量沉积增材制造过程中异种金属界面处的粗大微观组织、残余拉应力及气孔、裂纹等缺陷，从而提高零件的力学性能，并将其应用于金属零件的增材修复工作，适用于异种合金焊缝的微观组织和性能改善。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种通过激光冲击强化改善异种合金增材制造界面组织和性能的方法，包括以下步骤：

1)采用计算机软件对成形试样进行建模和分层，并生成成形路径文件；

2)采用定向能量沉积增材制造方式，在基板上成形第一种合金至指定高度；

3)在第一种合金顶部堆叠第一层异种合金；

4)对堆叠有第一层异种合金的上表面进行激光冲击强化，确保激光冲击强化影响深度大于单层成形高度；

5)在激光冲击强化处理后的第一层异种合金的上表面继续堆叠第二层异种合金，同时通过调整工艺参数实现对第一层异种合金的在线热处理；