[发明专利]一种适用于增材制造零部件的热等静压三控方法

说明书

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种适用于增材制造零部件的热等静压三控方法。该方法首先根据零部件的材质以及缺陷状况进行热等静压处理工艺的设计，为防止复杂形状零部件的变形，选择较低温度、较高压力的处理工艺，配合辅助工装保证零部件的形状和尺寸精度。此外，在热等静压处理过程中，根据零部件的控相工艺要求，选择在热等静压高温处理的同时进行热处理或在热等静压处理完成后的降温过程中进行热处理，对相及组织进行调控，获得所需性能的增材制造零部件。本发明将控制增材制造零部件的形状、提高增材制造零部件的性能以及增材制造零部件的控相结合，在热等静压工艺过程中短流程实现控形、控性、控相，有利于降低成本，实现工业化生产。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，特别涉及一种适用于增材制造零部件的热等静压三控方法。

背景技术

增材制造，是通过逐层打印的方式制造零部件的技术，适用的材料有塑料、树脂、陶瓷、金属等。增材制造技术发展初期，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，随着技术的不断进步，逐渐用于一些产品的直接制造，特别是常规工艺无法生产的大尺寸、复杂形状金属零部件，在航空航天、军工、汽车等行业表现出巨大的应用前景。

钛合金、高温合金、超高强度钢、铝合金是金属材料增材制造的热门，国内外均做了大量研究，但目前想要通过增材制造技术生产可直接应用的大型复杂零部件，特别是钛合金、高温合金此类应用要求很高的零件，仍存在很大的技术难度。这主要是由于增材制造过程中金属粉末熔融成形的规律未完全认清，制造过程中的缺陷无法完全控制，主要有以下几方面：1)金属粉末因温度梯度产生热应变和残余应力，2)因球化效应、快速凝固时气体来不及逸出、凝固收缩等形成气孔；3)凝固时没有足够的液体金属补充、冷却收缩时受到周围基材束缚，出现裂纹。此外，增材制造过程中粉末经受快热快冷作用，组织通常为快冷组织，也需要经过后续热处理对相加以调控获得适当的组织，因此，如何最优化地消除缺陷并对相进行调控成为解决增材制造金属零部件能否真正应用的关键。

热等静压是一种高温高压技术，将制品放置在密闭的容器中，向制品施加各向同等的压力，同时施以高温，在高温高压作用下，制品得以烧结和致密化。目前，热等静压技术常用于铸件的致密化处理，消除疏松缩孔等缺陷，提高铸件整体力学性能。将热等静压技术用于增材制造零部件时，可消除残余应力、使零部件内部的残余孔隙及微裂纹闭合，大幅提高增材制造零部件的性能，特别是疲劳性能与可靠性。如中国专利号为No.201510134258.5的发明专利提供了一种基于3D打印与电火花精整的整体叶盘制备方法，首先制备整体叶盘的轮毂，然后3D打印制备整体叶盘坯体，并对整体叶盘进行热等静压处理，工艺为：加热到940℃，加压至200MPa，保温恒压1h，然后冷却至650℃，减压至110MPa，再保温恒压2-4h，最后冷却至500℃，并减压至大气压，然后再随炉冷却至室温。最后对表面进行机械加工，得到整体叶盘。上述发明专利在叶盘制备过程中，叶盘的热等静压处理类似于常规铸件致密化，未对材料的相进行控制，而金属材料的性能与其相、组织的关系十分密切。因此，在热等静压处理过程中，如何实现金属零部件的控形、控性、控相，成为增材制造零部件热等静压处理的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于增材制造零部件的热等静压三控方法，在热等静压处理过程中，对复杂零部件的形状、性能以及相进行控制(控形、控性、控相)，保证增材制造零部件的形状及尺寸精度，获得合适的相及组织，大幅提高增材制造零部件的性能，使其得到真正应用。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种适用于增材制造零部件的热等静压三控方法，包括如下步骤：

(1)分析增材制造零部件的形状及缺陷状况；

(2)控形、控性：根据零部件的形状设计工装，装炉后进行热等静压处理；

(3)控相：在热等静压高温处理的同时或在热等静压处理完成后的降温过程中进行热处理，完成控相。