[发明专利]一种增材制造Inconel 939镍基高温合金晶粒取向分布的调控方法

说明书

本发明公开了一种增材制造Inconel 939镍基高温合金晶粒取向分布的调控方法，包括：采用激光粉末床熔融技术制备Inconel 939合金样品，利用激光能量密度确定成形工艺窗口，使试样相对致密度保持在96％以上；控制激光能量密度在40～100J/mm³，激光扫描采用层内往复扫描、逐层旋转67°，激光功率范围为55～115W，扫描速度范围为550～950mm/s时获得大比例的具有随机取向的等轴晶粒；激光功率范围为135～175W，扫描速度范围为1100～1500mm/s时获得＜001＞取向的柱状晶粒。通过调节工艺参数，获得具备不同晶粒取向分布的Inconel 939合金样块。

技术领域

本发明涉及金属增材制造技术，特别涉及一种增材制造Inconel 939镍基高温合金晶粒取向分布的调控方法。

背景技术

Inconel 939是1960年研制的一种以γ′沉淀相为主要强化相的镍基高温合金，具有很高的抗蠕变性、耐腐蚀性、抗氧化性，并且在850℃时能够保持微观结构稳定性，广泛用于制造燃气轮机的叶片、燃料喷嘴、护环、扩散器和其他结构部件。

传统高温合金材料制件主要通过铸造、锻造及机加工的方式来成形，但是随着技术的不断更替，对合金部件性能的要求越来越高，而且在零件的复杂性上也有了更高的要求，比如在航空发动机中的叶片中的冷却内腔，传统的成形工艺无法满足这方面的发展需求。而增材制造具有加工自由化的特点，能够实现材料的一体化成形，在高复杂度零件的制造、复杂零件的拓扑优化方面有着得天独厚的优势，同时激光粉末床熔融的成形精度高、成形周期短、材料利用率高，已经成为航天发动机精密部件的快速成形与优化设计发展的关键方向。

激光粉末床熔融Incoenl 939的过程中，一般可以看到沿着成形方向生长的柱状晶粒，而且由于激光粉末床熔融通过逐层沉积的方式成形样块，柱状晶的生长可能出现跨越几层的连续外延。然而由于已沉积层充当散热基板，同时激光束作用在粉末上形成熔池时，熔池的底部和顶部由于离激光热源远近不同，造成了熔池不同位置处的温度梯度和凝固速率不同，导致凝固时晶粒生长取向发生差异，柱状晶的外延生长就会受到影响。而工艺参数可以影响熔池的热行为，采用不同的工艺参数会使晶粒生长过程中的择优取向发生变化，从而导致不一样的晶粒取向分布。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种增材制造Inconel 939镍基高温合金晶粒取向分布的调控方法。

技术方案：所述的增材制造Inconel 939镍基高温合金晶粒取向分布的调控方法，包括步骤如下：

(1)将Inconel 939合金粉末放在烘干机中去除粉末中的水分残留，并利用筛网将不符合粒径要求的金属粉末颗粒去除；

(2)选取基板，并用砂纸在基板表面进行打磨，去除表面氧化皮以及可能存在的其他杂质；

(3)安装粉仓、打印仓、回收仓，将基板安装在打印仓，调节打印仓高度，使其略高于打印平台，然后在粉仓中装入Inconel 939粉末；

(4)安装刮刀，使其与基板表面贴合，然后移动刮刀，将粉床中的粉末均匀平铺在打印平台；

(5)充入氩气进行气氛保护，同时在激光粉末床熔融机器操作界面导入样块的切片文件，然后输入激光打印工艺参数。激光逐层扫描，打印样块。

进一步地，步骤(1)中，Inconel 939粉末的粒径范围为15μm～50μm；

进一步地，步骤(5)中，每层的铺粉厚度为0.02mm～0.03mm，扫描间距为0.04mm～0.07mm；

进一步地，步骤(5)中，能量密度E在40J/mm3～100J/mm3之间；

进一步地，步骤(5)中，激光扫描策略为层内往复扫描，逐层旋转67°；