[发明专利]针对高温延展性和应力断裂寿命的增材制造有效

专利信息
申请号: 201380072059.5 申请日: 2013-05-31
公开(公告)号: CN105026075B 公开(公告)日: 2018-04-17
发明(设计)人: D.E.马特茨克;C.L.斯文格勒 申请(专利权)人: 特拉华空气喷射火箭达因公司
主分类号: B22F3/105 分类号: B22F3/105;B22F3/24;B23K20/00;B22F5/00;C23C8/20
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司72001 代理人: 佘鹏,董均华
地址: 美国加利*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 针对 高温 延展性 应力 断裂 寿命 制造
【说明书】:

背景技术

本公开要求2013年2月1日提交的美国临时专利公开序号61/759,886的优先权。

本公开一般涉及增材制造(additive manufacturing)的系统和过程。

增材制造过程使用3D CAD数据作为数字信息源并使用例如高功率激光束的能量源以通过熔合微细金属粉末来形成三维金属零部件。与锻造合金相比,当增材制造时一些合金可具有不同的特性。

附图说明

通过对公开的非限制性实施例的以下详细描述,对于本领域技术人员来说,各种特征将变得明显。伴随详细描述的附图能够简要描述如下:

图1是根据一个公开的非限制性实施例的增材制造系统的一般示意图;

图2是针对经由图3的过程制造的SLM-625和锻造合金625部件的容许拉伸延伸率的图示;

图3是根据一个公开的非限制性实施例的针对高温延展性和应力断裂寿命的增材制造过程;

图4是根据另一个公开的非限制性实施例的针对高温延展性和应力断裂寿命的增材制造过程;

图5是根据另一个公开的非限制性实施例的针对高温延展性和应力断裂寿命的增材制造过程;以及

图6是用于与图5的过程一起使用的增材制造系统的一般示意图。

具体实施方式

图1示意性地图示了增材制造系统20。系统20一般包括具有粉末床(powder bed)24的构建室22、例如激光器的一个或多个能量源26以及控制装置28(全部示意性地图示)。应当理解的是,如本文所限定的,“增材制造”系统包括但不限于选择性激光熔化(SLM)、粉末床电子束熔化(EBM)、电子束自由形式制造(EBF3)、激光近净成形(LENS)等。还应当理解的是,可附加地或替代性地提供各种部件和子系统。

增材制造系统20通过连续地熔化雾化合金粉末材料的2D层来构建部件,以创建CAD文件所限定的3D固体。可使用各种金属粉末,包括铁、镍、钴、钛或铝基的合金。合金625、合金718和合金230可被用于在高温环境中操作的部件,例如典型的航空航天部件和燃气涡轮发动机部件。

然而,已发现由特定合金构成的增材制造部件,例如由合金625增材制造的那些部件(本文中称为“SLM-625”),与相对应的锻造合金625相比固有地带有具有相对低的高温延展性的产出材料属性,即使当在其上执行例如应力消除、热等静压和固溶热处理(solution heat treat)的传统热处理过程时也是如此。例如,与在1400F下高于~50%以及在1700F下高于~70%的锻造合金625的拉伸延展率对比,测试的SLM-625样品具有如下拉伸延伸率,即:在1400F下≤15%以及在1700F下≤10%(图2)。与锻造合金625相比应力断裂寿命也是相对低的。申请人已确定,一个潜在的根本原因是由于与当前的增材处理和热处理有关的独特特征引起的相对于锻造合金625的SLM-625中较弱的晶界(grain boundaries)。如当前所处理的,SLM-625的晶界不具有加强锻造合金625的晶界的碳化物。

参照图3,在一个公开的非限制性实施例中,通过过程100来增加增材制造的部件(步骤102)的高温延展性和应力断裂寿命,所述过程100经由在完成用于增材制造的部件的当前的常规热处理步骤(步骤104、106和108)之后执行的附加的热处理步骤110,来在晶界处析出(precipitate)碳化物。通常,后构建热处理是增材制造过程的组成部分。需要应力消除(步骤104)以最小化由构建周期期间产生的残余应力引起的变形,从而维持尺寸完整性。热等静压(步骤106)封闭制造的部分中的残余孔隙,并且固溶处理(步骤108)为大部分后续的制造和处理步骤提供理想的微结构。

在附加的热处理步骤(步骤110)的一个示例中,将合金625的常规处理的增材制造的部件加热至1450F并保持在1450F持续大约10小时会在晶界处析出期望的碳化物。

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