[发明专利]一种抑制难焊镍基合金增材制造裂纹的方法

说明书

本发明涉及一种抑制难焊镍基合金增材制造裂纹的方法，选取难焊接粉末与可焊接粉末，烘干后作为增材原料，采用激光直接沉积技术，按照每打印2‑5层难焊接粉末后打印1层可焊接粉末的难焊‑可焊材料交替式打印方式循环打印，至待增材模型打印结束，即完成。与现有技术相比，本发明方法简易可行，可原位抑制增材制造过程中裂纹的形成，有效解决了常规方法增材制造中裂纹快速形核长大的难题，节省了后处理期消除裂纹所需的高昂成本，并在保证所得增材件强度的同时提高其塑性和韧性，为增材制造高质量的难焊接镍基高温合金提供了工艺指导与质量保证。

技术领域

本发明属于镍基高温合金增材制造领域，涉及一种抑制难焊镍基合金增材制造裂纹的方法。

背景技术

镍基合金具有优异的抗屈服、抗疲劳、抗蠕变以及抗腐蚀能力，已被广泛应用于航天航天、石油化工、能源动力等领域。镍基合金的焊接性与其Ti+Al的总含量息息相关，当Ti+Al含量小于3wt％时，材料具有良好的可焊性；当Ti+Al含量大于6wt％时，会出现严重的应变时效开裂，通常被视为不可焊材。通常，这类高Al、Ti型镍基高温合金具备更优的高温性能，是航空发动机叶片、陆基燃气轮机叶片等关键热端零部件的常用材料，成形方式以铸造为主。

近年来，增材制造(俗称3D打印)技术的出现为传统制造业的转型升级提供了良好契机。该技术在复杂结构件的制造与修复领域具有独特优越性，已初步应用于焊接性良好的镍基高温合金，如Inconel 718等。然而，就Al、Ti含量高的难焊接镍基高温合金而言，其增材制造过程中会形成大量的裂纹，严重降低了成形件的力学性能。因此，抑制和消除裂纹是实现难焊接镍基高温合金增材制造的关键技术难题。

为解决上述技术难题，国内外学者已报道了一些探索性研究。例如，基底预热、减小热输入、优化增材路径等。尽管这类工艺手段有一定的裂纹抑制效果，但仍然难以彻底解决难焊接镍基高温合金增材制造的裂纹问题。为此，研究者们不得不探索一些成本高昂、工艺复杂的裂纹抑制及后期消除手段。专利CN 108941560A公开了一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，该技术基于铺粉式激光选区熔化技术，通过优化增材工艺，分区扫描等方案，抑制了内部大尺度宏观裂纹的产生，再采用去应力退火技术结合放电等离子烧结技术，以消除成型件内部的裂纹。此外，国内外一些文献也报道了一些采用热等静压(HIP,hot isostatic pressing)技术后期消除内部微裂纹和孔洞的案例。然而，增材过程是热应变不断积累的动态过程，一旦裂纹形核，就存在迅速扩展长大，形成宏观裂纹的风险，而宏观裂纹出现后，后期消除难度极大。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种抑制难焊镍基合金增材制造裂纹的方法。首次以难焊-可焊镍基高温合金交替打印的方式，来原位抑制增材制造过程中裂纹的形成，有效解决了常规方法增材制造时裂纹快速形核长大的难题，节省了后处理期消除裂纹所需的高昂成本，显著提高了所得增材件的力学性能，为难焊接镍基高温合金的增材制造提供了工艺指导与质量保证。

本发明能够原位抑制裂纹的形核与长大，同时提高增材件力学性能。该方法的基本原理是：在打印多层焊接性能较差的高温合金后，打印一层焊接性、热塑性良好的异质高温合金，利用该层可焊高温合金的塑性变形，缓解增材过程中因温度梯度及强化相析出而引起的较大拉应力，改善应力三维分布状态，从而避免打印层中由应力集中导致的开裂。通过这种难焊-可焊材料交替打印的方式，最终可形成以难焊接高温合金为主，可焊接高温合金为辅的无裂纹复合增材件，具备优异的综合力学性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种抑制难焊镍基合金增材制造裂纹的方法，选取难焊接粉末与可焊接粉末烘干后作为增材原料，采用激光直接沉积技术，按照每打印2-5层难焊接粉末后打印 1层可焊接粉末的难焊-可焊材料交替式打印方式循环打印至模型成型，即完成。