[发明专利]一种基于激光选区熔化成形技术制备K418镍基高温合金增压涡轮的方法

说明书

本发明公开了一种基于激光选区熔化成形技术制备K418镍基高温合金增压涡轮的方法，属于镍基高温合金激光增材制造技术领域。本发明解决了传统铸造工艺在增压涡轮研制阶段存在的缺陷多、成本高、周期长等问题。该方法首先将待成形材料进行预处理，然后选取合适成形粉末，构建K418增压涡轮的模型，准备成形前程序文件及加工工艺参数设置并导入SML设备，在氩气气氛下，SML设备按照程序中的扫描路径和工艺参数，选区融化工作台上的成型粉末材料，然后按照设定的层厚，工作台降低一个层厚，再铺粉，继续选区融化成型粉末，重复此动作，逐步堆叠成形为增压涡轮。该方法减弱了增压涡轮叶片翘曲变形风险，避免因应力收缩造成的零件缺陷。

技术领域

本发明涉及一种基于激光选区熔化成形技术制备K418镍基高温合金增压涡轮的方法，属于镍基高温合金激光增材制造技术领域。

背景技术

激光选区熔化成形技术(SLM)与传统机械加工手段相比，具有很强的“设计-成型”的快速响应能力、很低的复杂结构加工工艺局限性以及很高的材料利用率，对产品的加工周期控制，以及成本控制等方面均有较大的优势，非常适合小批量、复杂结构、难加工材料产品的快速研制。

增压涡轮属于高性能发动机核心零部件，在提高发动机升功率、改善发动机排放、提高燃油经济性、降低油耗方面具有优势，庞大的市场需求使设计单位面临着缩短研发周期和提高产品性能等方面的压力。由于增压涡轮结构比较复杂，K418镍基高温合金又属于难加工材料，所以增压涡轮同时具有难加工材料和难加工结构“双难”特点，且增压涡轮叶片薄且曲率变化大，采用熔模铸造工艺生产时，易产生热裂、变形等缺陷，造成合金和型壳体材料大量浪费，传统制造工艺难以在“短周期、低成本”等条件下完成合格零件的生产。因此，提供一种基于激光选区熔化成形技术制备K418镍基高温合金增压涡轮的方法来解决传统铸造工艺在研制阶段存在的缺陷多、成本高、周期长等难题是十分必要的。

发明内容

本发明针对传统铸造工艺在增压涡轮研制阶段存在的缺陷多、成本高、周期长等问题，提供一种基于激光选区熔化成形技术制备K418镍基高温合金增压涡轮的方法。

一种基于激光选区熔化成形技术制备K418镍基高温合金增压涡轮的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，成形粉末的选取：成形粉末粒径范围为：30μm≤D50≤40μm，粒径小于15μm细粉比例＜5％，粒径大于53μm粗粉的比例＜5％；

步骤二，构建K418增压涡轮的模型，准备成形前程序文件及加工工艺参数设置并导入SML设备，其中加工工艺参数具体为：基板预设温度为100～200℃，激光功率为220W～280W，粉末层厚为30μm～60μm，扫描速率为800mm/s～1250mm/s，扫描间距为0.08mm～0.11μm；

步骤三，激光选区融化成型增压涡轮，具体为：在氩气气氛下，成形舱内氧含量不超过0.1％条件下，根据步骤二导入的SML设备的程序文件以及参数，SML设备将按照程序中的扫描路径和工艺参数，选区融化工作台上的成型粉末材料，然后工作台降低一个层厚，再铺粉，继续选区融化成型粉末，重复此动作，逐步堆叠成形为增压涡轮；

步骤四，将步骤三加工完成的增压涡轮依次进行热处理、线切割和表面处理，获得最终产品。

进一步地，成形粉末为球形K418镍基高温合金粉末。

进一步地，成形粉末的具体成分为：C：0.08～0.16wt％、Cr：11.50～13.50wt％、Mo：3.8～4.80wt％、Al：5.50～6.40wt％、Ti：0.50～1.00wt％、Fe≤1.00wt％、Nb：1.80～2.50wt％、B：0.008～0.020wt％、Zr：0.060～0.150wt％、Mn≤0.50wt％、Si≤0.50wt％、P≤0.015wt％、S≤0.010wt％和余量的Ni。