[发明专利]一种基于电子束熔丝成形的晶粒细化装置及方法

说明书

一种基于电子束熔丝成形的晶粒细化装置，其技术要点是：包括装置本体，装置本体分为发射装置和控制系统及工作台装置，装置本体的外部为真空室，一种基于电子束熔丝成形的晶粒细化方法，采用电子枪产生的两束电子束，一束用于熔化丝材成形的成形主电子束，一束用于冲击细化晶粒的脉冲电子束，电子枪和工作台按照设定的成形路径运动，控制系统根据实时的运动方向利用扫描线圈调整电子束的射出位置，将电子束的射出位置固定于熔池的后方，直到电子束熔丝成形结束；采用该技术方案，两束电子束分别用于熔化成形和冲击细化晶粒，无需额外增加机械装置，相对简单易于实现。

技术领域

本发明涉及电子束增材制造技术领域，具体的说是一种基于电子束熔丝成形的晶粒细化装置及方法。

背景技术

电子束增材制造技术是指在真空环境中，利用电子束熔化预先铺设的粉末或者同步送进的金属丝材，按照预先规划的路径逐层堆积，直接制造出所需零件或者毛坯的一种直接能量沉积工艺。脉冲电子束可以对材料表面进行改性。电子束在靶材表面产生剧烈的热-应力耦合作用，可使材料表面组织和性能发生显著变化。电子在磁场中的运动方向只要偏离磁力线，就会受到洛伦兹力的作用，从而逐步改变运动方向。电子枪产生高能量密度的电子束，通过特殊设计的电磁线圈后，运动方向也会改变。利用此特性，只要实时控制通过电磁线圈中电流的强弱和方向，即可精确控制束流的运动形式，从而实现电子束扫描加工。

目前电子束熔丝增材制造技术使用的电子枪产生的单一束源，由于电子束能量密度大，冷却速度快，温度梯度方向几乎为竖直向上的，形成的晶粒结构一般为柱状晶，并且晶粒粗大，材料的综合力学性能不能达到锻件水平。目前晶粒细化的方法有两类，一类是是采用高频超声冲击头或者锻锤冲击锻打已沉积层，产生塑性变形，达到细化晶粒的目的，该种方式的特点是都需添加新的装置，结构复杂，并且成形过程和细化过程分离，即在成形结束后单独进行超声冲击或者锻锤锻打；另一类是通过原材料中添加细化剂来细化晶粒，该种方法在添加细化剂时晶粒细化不明显，而且需要大量的试验来验证添加何种合适的细化剂。

发明内容

本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种基于电子束熔丝成形的晶粒细化装置及方法。

一种基于电子束熔丝成形的晶粒细化装置，包括装置本体，装置本体分为发射装置和控制系统及工作台装置，装置本体的外部为真空室。

进一步地，发射装置包括电子枪，电子枪的下端设置有扫描线圈，电子枪产生出成形主电子束和脉冲电子束。

进一步地，控制系统包括线圈控制系统和运动信息采集系统。

进一步地，所述工作台装置包括工作台和送丝机构，工作台的上部连接有工件，工件上设置有熔池。

进一步地，所述控制系统分别与发射装置和工作台装置相连接。

进一步地，所述发射装置内设置有两把电子枪，其中一把电子枪发射成形主电子束，另一把电子枪发射脉冲电子束。

一种基于电子束熔丝成形的晶粒细化方法，采用电子枪产生的两束电子束，一束用于熔化丝材成形的成形主电子束，一束用于冲击细化晶粒的脉冲电子束，电子枪和工作台按照设定的成形路径运动，控制系统根据实时的运动方向利用扫描线圈调整电子束的射出位置，将电子束的射出位置固定于熔池的后方，直到电子束熔丝成形结束。

进一步地，所述运动信息采集系统对工作台的运动方向进行实时采集并同时反馈给线圈控制系统，线圈控制系统根据工作台的运动方向判断成形主电子束和脉冲电子束的射出方位。

进一步地，电子枪或工作台按照设定的成形路径运动。

本发明的优点：

1，两束电子束分别用于熔化成形和冲击细化晶粒，无需额外增加机械装置，相对简单易于实现；