[发明专利]一种K465镍基高温合金结构件的激光增材制造工艺

说明书

本发明公开了一种K465镍基高温合金结构件的激光增材制造工艺，属于高温合金激光增材制造技术领域。该工艺成形工艺参数为：激光功率1300～1600W，扫描速度3～6mm/s，送粉速率1‑2g/min，扫描方式为直线扫描或交错扫描，搭接率40％～50％。成形过程中，采用叠层结构来控制裂纹形成和扩展，所述叠层结构是指一层K465高温合金与两层Stellite 6高温合金交替排布形成结构件。该工艺实现了K465合金结构件的无裂纹成形制造。

技术领域

本发明涉及高温合金结构件激光增材制造技术领域，具体涉及一种K465镍基高温合金结构件的激光增材制造工艺。

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，适用于制造航空发动机涡轮叶片。由于合金中合金元素种类多、含量高，导致合金的成形性能较差，目前该类合金构件主要通过铸造工艺实现成形。而对于结构非常复杂的结构件，铸造由于无法脱模而无法实现结构整体一次性成形，存在较大的制备难题。

激光增材制造技术作为一种新型的高柔性技术，在制备复杂结构方面有着其独特的优势，目前增材制造技术，在钛合金、不锈钢、高温合金等材料领域已经实现了较大程度的应用，但相比于传统工艺，目前成形工艺应用合金种类少仍然是增材制造技术实现工业化应用的制约之处。而将增材制造技术引入常规难成形结构、难成形材料制备领域对于提升航空结构件制备技术具有重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术中K465镍基高温合金大型复杂结构件难以制备的问题，本发明的目的在于提供一种K465镍基高温合金结构件的激光增材制造工艺，该工艺实现了K465合金结构件的无裂纹成形制造。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种K465镍基高温合金结构件的激光增材制造工艺，该工艺是以K465镍基高温合金为原材料，采用激光增材制造技术成形K465镍基高温合金结构件。

所述K465镍基高温合金化学成分为(wt.％)：C 0.13-0.2％，Cr 8.0-9.5％，Co 9-10.5％，W 9.5-11％，Mo 1.2-2.4％，Al 5.1-6％，Ti 2-2.9％，Nb 0.8-1.2％，B≤0.035％，Fe≤0.1％，Ni余量。

本发明成形K465镍基高温合金结构件的具体过程及机理如下：

(一)最优成形工艺参数设计：

对K465合金进行裂纹开裂机理分析：首先进行合金组织组成相分析，K465镍基高温合金组织由基体相γ相、强化相γ’相、γ+γ’共晶相和MC碳化物相构成。由于该合金中的碳化物相和共晶相存在，导致其在成形过程中容易萌生热裂纹；另外合金的塑性差，容易导致裂纹扩展。增材制造过程中，随着熔池的不断移动，成形过程温度场剧烈变化。在熔池移动过程中，不断经历着熔化和凝固过程。合金组织中的共晶相熔点低于合金熔点，在热影响区，温度达到共晶相熔点，就会造成该位置处共晶相熔化，而在应力作用下出现热裂纹(液化裂纹)。在随后的循环加热与冷却过程中，由于应力场的存在，引起裂纹进一步扩展，如此往复进行，最终导致成形零件分布着大量裂纹，如图1所示。

在同类镍基高温合金工艺库参数范围内，设计合理的工艺参数组合进行增材制造工艺实验，通过成形样件的裂纹率和成形效率，来确定最优化的工艺参数组合。其中裂纹率的判定依据薄壁腔试样的贯穿裂纹数量以及块状试样成形截面单位面积裂纹总长度来确定裂纹形成率，而成形效率依据单层熔覆宽度和熔覆高度来衡量。最终确定出K465镍基高温合金最优成形参数范围：激光功率1300W～1600W，扫描速度3～6mm/s，送粉速率1-2g/min，扫描方式为直线扫描或交错扫描，搭接率40％～50％(成形效率高、裂纹倾斜性小)。

(二)叠层结构设计：