激光增材制造IN718合金成形固溶强化方法与流程

本发明属于金属粉末激光熔化增材制造技术领域，具体涉及一种激光增材制造IN718合金成形固溶强化方法。

背景技术：
“3D打印”技术，也称为增材制造技术，属于快速成型技术的一种。它是一种以数字模型文件为基础，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将粉末状金属或塑料等可粘合材料，进行逐层堆积黏结最终叠加成型，制造出实体产品的技术。3D打印的核心原理是“分层制造，逐层叠加”，与传统“减材制造”的制造技术相比，3D打印技术将机械、材料、计算机、通信、控制技术和生物医学等技术融合贯通，具有实现一体制造复杂形状工件、大大缩短产品生产周期、节省大量材料、提高生产效率等明显优势。具体的，首先，3D打印技术的应用领域将不断扩大(广度)；其次，3D打印技术在各个应用领域的应用层面不断深入(深度)；再者，3D打印技术自身的物化形式(装备与工艺)将更加丰富。由此，该技术必然在不久的将来快速渗透到国防、航空航天、电力、汽车、生物医学模具、铸造、电力、农业、家电、工艺美术、动漫等诸多领域，深刻影响着上述领域的设计理念，并配合其他技术(包括传统技术)，完善、甚至更新某些司空见惯的制造方案，使制造更为智能、简捷、绿色，产品性能更加贴近理想状态。2012年以来，3D打印逐渐成为科技界的热点，被誉为“第四次工业革命最具标志性的生产技术”，其发展前景之广阔难以估量。全球3D打印行业的市场规模在保持25％-30％的平均增速基础上不断上扬。高温合金是指以铁、镍、铀为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。高温合金具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性等综合性能。高温合金为单一奥氏体基体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性。IN718合金是以体心四方的γ"和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金，在-253～700℃温度范围内具有良好的综合性能，650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位，并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能，以及良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性，能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业中，在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。由于IN718合金高温下的高强度特性，致使加工成形该合金存在困难，所成形的零件不但具有较低结构复杂度，而且加工工艺周期较长，切削困难，材料利用率低，有时材料利用率甚至达到10％以下。基于上述成形局限性，目前已有科研机构通过选择性激光熔化(SelectiveLaserMelting；SLM)技术成形高温合金零件，不但提高了零件成形的复杂度，而且会在合金内部形成快速凝固组织，组织结构更加细小，为零件材料提供更为优越的性能。如图1所示，为SLM技术成形IN718合金的微观细晶组织图，可见，为SLM成形过程保留了快速凝固微细组织。但是，目前SLM制造的零件，后期同样进行传统铸造及锻造工艺必要的热处理，导致本来SLM成形过程保留的快速凝固微细组织(图1)就会被破坏，而最终可能为较粗大的晶粒组织替代，参考图2，为采用传统方法热处理后IN718合金的微观组织图，由图2可以看出，采用传统铸造及锻造工艺等热处理后，得到较粗大的晶粒组织。可见，后期热处理过程消除了SLM技术制造IN718合金零件内部组织的优越性。

技术实现要素：
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种激光增材制造IN718合金成形固溶强化方法，可有效解决上述问题。本发明采用的技术方案如下：本发明提供一种激光增材制造IN718合金成形固溶强化方法，包括以下步骤：步骤1，通过三维运动重力混合的方式，向IN718原始合金粉末中添加固溶强化元素，形成复合粉末；其中，混合时间为20～50小时；固溶强化元素在复合粉末中的质量百分数为0.1～1.5％；固溶强化元素的粒度d1范围为：0＜d1＜5um；IN718原始合金粉末的粒度d2范围为：0＜d2＜60um；步骤2，将步骤1得到的复合粉末作为激光熔化成形的原材料，采用SLM成形机进行激光熔化成形；其中，激光熔化成形的工艺参数设置为：激光功率：300～1000W；扫描速度：1000～3000mm/s；加工层厚：0.03～0.05mm；扫描间隔0.03～0.1mm。优选的，所述固溶强化元素为钨、钼、铬和钒中的一种或几种混合物。优选的，所述IN718原始合金粉末为球形形貌。优选的，步骤2具体为：步骤2.1，计算机建立待成形零件的几何模型，并对所建立的几何模型进行切片和分层处理，规划得到对每层的激光扫描路径；步骤2.2，向SLM成形机的储粉缸中放置步骤1得到的复合粉末；将成形基板上升到指定高度；步骤2.3；送粉装置将储粉缸中的复合粉末均匀铺到成形基板上，其中，铺到成形基板的复合粉末层厚为0.03～0.05mm；步骤2.4，然后，激光振镜扫描装置以300～1000W的激光功率、1000～3000mm/s的扫描速度以及0.03～0.1mm的单线扫描间隔，按已规划的激光扫描路径，对成形基板上的复合粉...