一种调控增材制造镍基高温合金Laves相的方法

本发明涉及金属材料复合增材制造，尤其涉及一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法。

背景技术：

1、增材制造技术也称“3d打印”，是通过对三维模型的数字化数据分层，再以“分层加工、逐层累加”的加工方式实现三维实体零件的直接成形。激光定向能量沉积是增材制造的其中一种方式，通过将金属粉末送入激光熔化的熔池来进行零件加工。金属粉末在高能激光作用下快速熔化并凝固，显微组织致密、均匀，成形件具有良好的力学性能。由于激光热输入大，可方便加工熔点高、难加工的材料。但是在激光沉积的凝固过程中存在着严重的元素偏析行为，强化元素nb和mo在液相中表现出较高的固溶度，因此大量的nb和mo原子富集在残余液相中，最终导致在枝晶间形成长链状laves相。laves相的形成消耗了基体内的强化元素从而降低了基体的强度并抑制了强化相γ”相的析出，同时链状的laves相容易作为裂纹扩展的路径使得成形件易发生断裂。因此减少laves相含量以及减小其尺寸是提高材料性能的有效方式。在传统方式中通常采用控制增材过程中的冷却速率以及温度梯度来影响laves相的形成，文献1(cn202110864041)通过提高激光沉积过程中熔池的凝固速率来减少元素偏析从而降低laves相的体积分数，但是其对laves相含量的影响效果不明显同时没有促进强化相γ”相的产生。文献2(cn 114799204 a)通过将纳米碳粉与高温合金粉末混合的方式来降低增材制造高温合金中laves相的含量，但是碳元素的添加会生成大量连续分布的碳化物从而对材料的塑性产生不利影响。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法；通过层间变形复合增材制造来实现laves相含量减少以及析出相强化的方法，能够提高成形件的力学性能。

2、一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法，包括以下步骤：

3、步骤1：将基板打磨去除氧化膜并用碱性溶液清洗，将金属粉末进行烘干后放入送粉机；

4、步骤2：对需要打印的试件进行3d建模，将建好的模型进行分层切片和轨迹规划，将生成的轨迹规划程序导入到增材制造系统中；

5、步骤3：进行单层增材沉积；

6、步骤4：在沉积层表面进行层间塑性变形处理，使得沉积层达到所需要的变形量；

7、步骤5：在经历过层间塑性变形处理的沉积层冷却到室温后，在其表面继续进行增材沉积；

8、步骤6：将增材沉积与层间塑性变形交替进行，最终获得laves相含量减少的成形件。

9、所述的一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法，步骤4中所述层间塑性变形的影响深度hd需满足

10、hd>hr+ha

11、式中hd为层间塑性变形的影响深度，即单层塑性变形工艺所引起的加工硬化深度，hr为重熔深度，即新层沉积时使上一层发生重熔的深度，ha为塑性变形后的平均层厚；

12、所述的一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法，所述步骤5中，距熔池底部为ha处的温度t，当t≤tr时，晶粒全部发生再结晶，并降低样件内全域组织内laves相含量；当t＜tr时晶粒部分发生再结晶，试样内局域组织laves相含量下降；其中，tr为临界再结晶温度，t为距熔池底部为ha处的温度，其中，为净输入功率，α为热扩散系数，ts为热源移动速度，t0为室温，cp为比热容，t为墙厚，k0()为第一类零阶bessel函数；

13、所述的一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法，所述步骤5中的增材沉积过程中，通过调节增材沉积过程中的输入功率和热源移动速度来控制热输入，从而控制晶粒发生再结晶的比例，以及增材制造试样内laves相的含量；

14、所述的一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法，所述层间塑性变形的工艺包括层间锤击、层间轧制和层间超声喷丸，产生层间塑性变形的设备包括气锤、液压机和电磁锤；

15、所述的一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法，所述增材沉积的热源包括激光、电弧、电子束和离子束。

16、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

17、本发明提供一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法，通过层间变形在激光沉积过程中引入大量的机械能使得laves相发生碎化并且在材料内部产生大量位错。碎化了的laves相尺寸减小从而更易发生溶解，同时位错的产生为nb原子提供了更多的扩散通道使得nb原子更易扩散，在后续层沉积热输入过程中以位错缠结形成的亚晶为核心发生再结晶，再结晶过程伴随着晶界的迁移从而进一步促进了laves相回溶入基体。laves相大量回溶入基体促进了基体内强化元素nb含量增加，同时层间变形又引入了大量位错，nb在位错附近的聚集促进了γ”相在后续层增材制造循环热输入作用下的原位析出。层间变形既减少了laves相的含量，又减小了残余laves相的尺寸，同时促进了强化相γ”相的形成，从而能够的力学性能。

技术特征：

1.一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法，其特征在于，步骤4中所述层间塑性变形的影响深度hd需满足

3.根据权利要求1所述的一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法，其特征在于，所述步骤5中，距熔池底部为ha处的温度t，当t≤tr时，晶粒全部发生再结晶，并降低样件内全域组织内laves相含量；当t＜tr时晶粒部分发生再结晶，试样内局域组织laves相含量下降；其中，tr为临界再结晶温度，t为距熔池底部为ha处的温度，其中，为净输入功率，α为热扩散系数，ts为热源移动速度，t0为室温，cp为比热容，t为墙厚，k0()为第一类零阶bessel函数。

4.根据权利要求1所述的一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法，其特征在于，所述步骤5中的增材沉积过程中，通过调节增材沉积过程中的输入功率和热源移动速度来控制热输入，从而控制晶粒发生再结晶的比例，以及增材制造试样内laves相的含量。

5.根据权利要求1所述的一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法，其特征在于，所述层间塑性变形的工艺包括层间锤击、层间轧制和层间超声喷丸，产生层间塑性变形的设备包括气锤、液压机和电磁锤。

6.根据权利要求1所述的一种调控增材制造镍基高温合金laves相的方法，其特征在于，所述增材沉积的热源包括激光、电弧、电子束和离子束。

技术总结
本发明提供一种调控增材制造镍基高温合金Laves相的方法，涉及金属材料复合增材制造技术领域，本发明可以通过改变层间变形量以及增材制造热输入来调节Laves相的尺寸与含量，从而可以获得力学性能更加优良的镍基高温合金成形件。

技术研发人员：周思雨,王超,任宇航,杨光,钦兰云,李播博,王雨时,伊俊振,安达,王伟
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18