[发明专利]激光增材制造无裂纹、强度和韧性可控的高温合金的制备方法

说明书

本发明涉及激光增材制造无裂纹、强度和韧性可控的高温合金的制备方法，包括以下步骤：在惰性气氛保护的环境中，通过同步送粉激光增材制造系统在高温合金锻件基板上逐层成形GH3536粉末，且于逐层成形GH3536粉末过程中相邻道次间暂停一段时间，每沉积2层后暂停一段时间；将所制造的样品升温至1050℃‑1300℃进行固溶处理，保温一段时间后，水冷至室温。可以获得无裂纹的GH3536样品，本发明所描述的固溶处理工艺可以有效控制Laves相的形态，使Laves相由沉积态的连续长条状转变为热处理后分散的颗粒状，使得材料在保持一定强度的同时，大幅提高了塑性，实现了激光增材制造GH3536合金强度和延伸率的强韧化匹配，为其应用提供了基础。

技术领域

本发明涉及金属材料制备及其热处理领域，尤其涉及一种激光增材制造无裂纹、强度和韧性可控的高温合金的制备方法。

背景技术

GH3536合金是一种固溶强化型镍基高温合金，该合金在900℃以下长期使用具有良好的持久和蠕变性能，短期工作温度可达1080℃，同时还具有优良的抗氧化和耐腐蚀性能，被广泛应用于航空发动机热端部件的制造。随着高性能航空发动机的发展，对其结构提出了轻量化、一体化的要求，采用传统的制造技术存在设计难度大、加工周期长和和材料浪费等问题，制约了航空发动机技术的创新发展。

激光增材制造，因其可实现高性能复杂结构金属零件的近净成形自由制造，逐渐成为了航空航天关键零部件制造的一条重要途径。作为一种具有代表性的激光增材制造技术，同步送粉激光增材制造技术(激光立体成形)具有沉积效率高，成形性能好，并且可用于金属零件高性能精确修复等优点，被广泛应用于高温合金、钛合金、高强度钢等高性能复杂金属零件的制造及修复。

由于同步送粉激光增材制造是一个非平衡近快速凝固的过程，成形过程中熔池要经历快速的熔化和凝固，造成激光立体成形镍基高温合金具有外延生长的不均匀组织。另外，在Nb、Mo含量的较高镍基的高温合金中，在凝固末期难熔的Nb、Mo元素容易在液相中富集，生成有害的Laves相。Laves的生成会大量消耗基体中的Nb、Mo元素，使得基体的固溶强化效果降低，并且Laves相作为一种硬脆的拓扑密排相(TCP)，会严重影响合金的拉伸塑性、断裂韧性、疲劳及蠕变性能，同时还容易成为裂纹形核基点和扩展通道，导致GH3536高温合金产生裂纹。

因此，需要寻找一种可以获得无裂纹、且强度和塑性满足使用要求的镍基高温合金的制备方法。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种激光增材制造无裂纹、强度和韧性可控的高温合金的制备方法，以减少Laves相在沉积区的体积分数，改变其形态分布，以提高增材制造高温合金强度和塑性。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种激光增材制造无裂纹、强度和韧性可控的高温合金的制备方法，包括如下步骤：

S100、在惰性气氛保护的环境中，通过同步送粉激光增材制造系统在高温合金锻件基板上逐层成形GH3536粉末，且于逐层成形GH3536粉末过程中相邻道次间暂停一段时间，每沉积2层后暂停一段时间；

S200、将所制造的样品升温至1050℃-1300℃进行固溶处理，保温一段时间后，水冷至室温。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，高温合金锻件基板为In718合金或GH3536合金。

进一步，逐层成形GH3536粉末过程中每次沉积一道后暂停3s～10s，再沉积相邻道次，同时每沉积2层后暂停30s～100s，再沉积下一层，如此循环往复。

进一步，逐层成形GH3536粉末过程中每次沉积一道后暂停5s，再沉积相邻道次，同时每沉积2层后暂停60s，再沉积下一层，如此循环往复。