[发明专利]一种无热裂纹高性能GH3536镍基高温合金激光增材制造方法

说明书

本发明涉及一种无热裂纹高性能GH3536镍基高温合金激光增材制造方法，属于金属增材制造技术领域。为了解决GH3536镍基高温合金在激光增材制造过程中易出现热裂、严重影响性能的问题，将TiB₂粉末与GH3536合金粉末混合后加入至行星球磨罐中，然后再与球磨球混合之后再进行增材制造。本发明适量TiB2颗粒的加入完全抑制了增材制造GH3536合金过程中的开裂，扩大了该合金的增材制造工艺参数窗口，大大提高了该合金的可加工性，适用于合金成分符合名义成分范围的所有GH3536镍基高温合金。

技术领域

本发明属于金属增材制造技术领域，具体涉及一种无热裂纹高性能GH3536镍基高温合金激光增材制造方法。

背景技术

镍基高温合金因其优异的综合力学性能及抗氧化、抗腐蚀性能被广泛的应用于航空航天、能源、石油化工等领域的热端部件上。随着航空工业的迅速发展，零件轻量化以及可靠程度的提高显得格外重要，这往往需要通过零件的整合来减少零部件数量或结构拓扑优化的运用。但是，这样的结构设计使得零件具有相对更复杂的外部或内腔结构，对传统加工方法(如铸造、锻造、机械加工)提出了严峻的考验。

增材制造技术(Additive Manufacturing)是近年来发展极为迅速的一种新型数字化控制材料加工制造技术。将零件的三维计算机模型通过专业的分层软件分割为离散化的二维片层数据，然后通过数字化控制的3D打印加工设备，逐层地将二维结构堆积出来，最终完成零件的生产制造。与传统制造技术相比，AM技术具有无模具，柔性化，材料利用率高等优点，最重要的是，这种先进制造技术为生产具有复杂内、外结构的零件提供了高效可行的解决方案。美国通用公司使用AM技术为LEAP-1航空发动机生产的一体化燃油喷嘴大大减少了零件数量，部件整体比之前的传统设计减重25％，同时拥有更高的强度。西门子公司使用AM技术生产燃气轮机叶片和旋流器，使用这些内腔结构经过优化的零部件制造的新型燃气轮机性能得到了极大地提高。

但是对于增材制造技术而言，反复的快速升/降温过程会在制造过程中向材料内引入极大的内应力(热应力)。对于某些成分的合金(特别是高温合金、铝合金)而言，其在凝固过程中存在较大的凝固温度区间，导致晶粒间存在大范围的糊状区。这些糊状区结合力较低，极易在热应力作用下被拉开，最终在材料内部形成裂纹，严重影响材料的力学性能。本发明所涉及的GH3536正是这样一种在增材制造过程中易裂的合金。

针对这一问题，目前主流的方法有优化合金成分、优化工艺参数、引入形核剂等方法。通过优化合金成分，缩小合金的凝固温度区间，抑制凝固末期低熔点共晶产物的形成可以有效的解决合金在增材制造过程中出现开裂的问题(中国专利CN111996414A)。对于GH3536合金，在名义成分范围内减少碳元素的含量，可以一定程度上抑制该合金的热裂倾向。但是碳含量的减少，同时也降低了合金内碳化物的含量，使得材料的性能有一定程度的下降。同时，对微量元素含量的严格控制也大大增加了粉末制备的难度，大幅提高了生产成本。而优化工艺参数对于具有较大开裂倾向的GH3536合金而言并没有很明显的效果，无法通过优化工艺参数来消除裂纹。而引入形核剂则是一种相对工艺简单，成本较低的抑制热裂的方法。通过机械混粉的方式将合金粉末与具有形核效力的第二相颗粒相混合，再将混合充分的粉末作为原料进行增材制造，将形核剂引入熔池中，促进形核，细化组织的同时，抑制裂纹的形成。但是针对不同材料，该工艺存在较大差异。不同的形核剂对合金具有不同的形核效力。同时，所选取的形核剂一般也可与熔体发生反应。形核剂的加入量与尺寸也与形核效力密切相关，需要严格控制。

发明内容

要解决的技术问题

本发明针对GH3536镍基高温合金在激光增材制造过程中易出现热裂、严重影响性能的情况，提出一种高效、低成本激光增材制造无热裂纹GH3536镍基高温合金的方法。通过该方法制备的GH3536合金组织致密，没有热裂纹，且力学性能优异。

技术方案

一种无热裂纹高性能GH3536镍基高温合金激光增材制造方法，其特征在于步骤如下：