[发明专利]一种金属增材融合制造构件细晶组织控制方法

说明书

本发明公开了一种金属增材融合制造构件细晶组织控制方法，包括：1）准备分体件的基体部分，并对所述基体部分的连接区域进行前处理；2）对前处理后的所述连接区域进行熔覆处理以在所述连接区域形成细晶区；3）在所述连接区域实施增材成形以形成整体构件。本发明通过将分体件中基体部分的待连接区表面采用高能束熔覆一层或多层冶金结合的具有细晶组织的金属材料，然后再实施增材成形连接，在增材成形连接区获得细晶组织，从而显著提升了分体件大型构件的抗拉强度和屈服强度，特别是优化了熔覆处理和增材成形的工艺参数，从而能够有效保证了细晶区的组织控制，进而改善了分体件大型构件的热影响区组织和力学性能。

技术领域

本发明涉及金属增材制造的领域，尤其是涉及一种金属增材融合制造构件细晶组织控制方法。

背景技术

受限于金属坯料制造能力和锻造能力，传统单一制造方法，难以实现大尺寸复杂构件的整体制造。并且，锻造大型复杂构件由于不同位置变形差异大、不均匀，组织、性能一致性差、难以充分发挥材料性能。焊接是当前大型金属结构件制造的主要方式，但由于焊接热输入对材料性能损伤较大，焊缝的强度、塑韧性尤其是疲劳性能低于母材，对构件的使用安全性和寿命造成显著不良影响，焊缝性能一致性较差、可靠性较低，难以用作关键承力结构件。

将增材制造与传统锻铸等工艺有机融合的“增材融合”制造方法，采用增材制造逐层熔化沉积方式将锻铸粉末冶金等传统工艺制造的分体件结熔合连接形成整体结构，结合传统制造技术与增材制造技术在性能、成本、周期等方面的优势，可实现超大复杂金属构件的高性能、低成本整体制造。

然而，增材融合制造过程中，在传统锻铸的分体件上增材成形时，为确保增材成形同时基材与增材区形成良好的冶金结合，热输入必须保持较高水平，将导致基体受到热影响而组织粗化，进而影响其性能。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种金属增材融合制造的组织控制方法，通过在分体件待连接区采用低能量密度激光熔覆的方法成形一定厚度的细晶区，然后再进行增材成形连接的工艺方法，以实现分体件增材成形连接区的组织控制，进而改善分体件热影响区组织和性能。

本发明的技术方案具体为，一种金属增材融合制造构件细晶组织控制方法，包括：

1）准备分体件的基体部分，并对所述基体部分的连接区域进行前处理；

2）对前处理后的所述连接区域进行熔覆处理以在所述连接区域形成细晶区；

3）在所述连接区域实施增材成形以形成整体构件。

进一步优选的，所述熔覆处理和增材成形采用激光、电子束、等离子或电弧中的任意一种相同或两种不同的高能束。

进一步优选的，所述熔覆处理的能量密度是增材成形的能量密度的50-70%，并且，所述熔覆处理的送料速率是增材成形的送料速率的30-50%。

进一步优选的，所述熔覆处理用金属材料为与基体部分和/或增材成形相同金属或不同的金属材料。

进一步要选的，所述熔覆处理用金属材料为钛合金材料。

进一步优选的，所述熔覆处理的工艺参数为，激光功率1.5~3kW，光斑直径3~6mm，送料速率60~180cm³/h。

进一步优选的，所述增材成形的工艺参数为，激光功率3~10kW，光斑直径5~10mm，送料速率100~500cm³/h。

同时，本发明还提供一种金属大型构件，其由基体部分和增材成形部分连接而成，其特征在于，采用前述任意一项所述控制方法将所述增材成形部分与所述基体部分相连接。

进一步优选的，所述金属大型构件为钛合金零部件或高强度钢零部件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：