[发明专利]一种面向K465镍基高温合金激光增材制造的基板预热装置和预热方法

说明书

本发明公开了一种面向K465镍基高温合金激光增材制造的基板预热装置和预热方法，属于基板预热方法技术领域。通过分析K465镍基高温合金析出相溶解温度、完全去应力温度，确定预热工艺、实现预热装置构型和布置方式，最终结合激光增材制造效率、制造设备特征等，确定面向K465镍基高温合金的预热参数。采用该预热方法可显著地改善K465镍基高温合金激光增材制造过程零件变形和开裂等问题，该预热方法具有较好的大型结构件制备及工程现场应用前景。

技术领域

本发明涉及基板预热方法技术领域，具体涉及一种面向K465镍基高温合金激光增材制造的基板预热装置和预热方法。

背景技术

高温合金在航空航天、燃气轮机等领域有着广泛的应用，K465镍基高温合金是一种析出相强化、固溶强化的铸造镍基高温合金，该合金具有较高的热强性、耐高温氧化性，适用于制备航空发动机涡轮叶片。目前该合金常规成形工艺制造困难，甚至无法加工，而激光增材制造技术作为一种新型的高柔性、数字化制造技术，使其在航空航天及国防军工领域拥有广泛的应用前景，采用激光增材制造技术可实现传统工艺无法制备的一些难加工材料、结构的制造，特别适用于大型薄壁空腔结构件。

针对K465镍基高温合金激光增材制造工艺性能而言，其组织中分布于枝晶间的共晶相存在以及合金的低变形性，使得合金成形过程极容易出现裂纹，制备难度较大。而降低成形过程温度场梯度，减少成形热应力是从工艺角度控制裂纹的最优化方法。目前，许多研究机构都提出了预热装置的实现方法，但是现有预热方式设计复杂，成本高，尚无专用于K465镍基高温合金的激光增材制造预热工艺和装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向K465镍基高温合金激光增材制造的基板预热装置和预热方法，本发明由预热工艺设计、预热装置构型、预热系统布置、预热参数控制四个部分构成。所述预热装置具有高柔性、低成本、适于大型结构件制备及工程应用的特点，采用本发明预热装置和预热方法可有效解决K465镍基高温合金激光增材制造过程中由于温度梯度过大而导致的变形与开裂等问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种面向K465镍基高温合金激光增材制造的基板预热装置，该装置包括履带式加热器、K型热电偶、交流接触器和温度数显调节仪，其中：所述履带式加热器置于基准平台上，在基准平台与履带式加热器之间放置隔热层，成形基板放置于履带式加热器上面，所述K型热电偶设于成形基板上；所述履带式加热器通过交流接触器与数显调节仪相连接，温度数显调节仪设置预热温度，并通过热电偶监测成形基板的实时温度，来实现预热装置的开或关。

所述履带式加热器的尺寸依据待加工零件尺寸及基板尺寸设计，所述履带式加热器四周放置垫块，通过垫块使得成形基板由基准平台支撑。

所述隔热层的材质为硅酸铝纤维。

在成形基板的厚度方向中部位置处钻合适尺寸的小孔，将热电偶安置于基板上小孔位置处，用于检测基板温度。

利用上述预热装置进行K465镍基高温合金激光增材制造的基板预热方法，该方法过程如下：

增材制造前，采用所述预热装置对基板进行加热，在60min以内基板由室温上升至300-450℃，保温15-30min后进行增材制造；增材制造过程中，采用所述预热装置持续对基板进行预热处理，预热温度300-400℃；增材制造过程结束时，将预热装置温度设置为150-200℃范围，保持30-60min后，关闭预热装置，使成形零件自然冷却。

本发明具有以下优点和有益效果：