[发明专利]一种消除电子束选区熔化增材制造镍基高温合金零部件微裂纹的方法

说明书

本发明公开了一种消除电子束选区熔化增材制造镍基高温合金零部件微裂纹的方法，属于高温合金和增材制造技术领域。本发明对增材制造镍基高温合金依次进行热等静压处理、固溶处理和时效处理的热处理工艺，通过所述的热处理工艺可以获得致密无微裂纹的增材制造镍基高温合金材料，并且具有良好微观组织结构及力学性能。

技术领域

本发明属于高温合金和增材制造技术领域，涉及一种消除电子束选区熔化增材制造镍基高温合金零部件微裂纹的方法。通过对电子束选区熔化制备的镍基高温合金进行热等静压和后续热工艺，可以消除合金部件内部裂纹、调整微观组织结构、提高力学性能。

背景技术

高能束流增材制造技术是金属零部件快速成型的主要发展方向。近年来发展起来的以高能束流(电子束、激光束、等离子束等)为热源的增材制造技术是实现金属零部件快速成型的主要发展方向，可极大的提高金属零部件的生产效率和制造柔性，已经在航空航天、汽车、船舶、生物医疗等领域显现出广阔的应用前景。目前已经实现商业化应用的主要有选择性激光烧结(SLS，Selective Laser Sintering)、选择性激光熔化(SLM,Selectivelaser Melting)、激光净成形技术(LENS，Laser Engineered Net Shaping Technique)、金属直接激光烧结(DMLS，Direct Metal Laser Sintering)以及电子束选区熔化(EBM，Electron Beam Melting)等。

同其他高能束流增材制造技术相比，电子束选区熔化EBM增材制造技术在制造高温金属结构件方面具有突出的优势：EBM将材料成形、加工与热处理过程统一，具有功率大、扫描速度快、束斑小、精度高、穿透深、能量利用率高以及加工环境真空无污染的特点，材料的微观组织结构具有很强的可控性；此外，EBM成型过程中熔化选区外的金属粉末可以对零件起到良好的支撑作用，尤其适合高形状复杂度的小型精密零件制造。

但通过EBM加工高Al和Ti含量可焊接性差的镍基铸造高温合金中时，容易在成形过程中引入热裂纹，降低合金力学性能。文献[W.Tillman,Hot isostatic pressing ofIN718components manufactured by selective laser melting,AdditiveManufacturing,13(2017)93–102]采用热等静压(HIP)处理消除了SLM制备态Inconel 718高温合金的微观孔洞及裂纹；通过对镍基高温合金进行适当的热处理可对合金组织中的析出强化相进行调控，改善合金力学性能。但对于EBM制备的铸造镍基高温合金在进行热等静压和固溶时效热处理的过程中，在应变时效应力作用下合金中出现了大量裂纹。因此有必要针对EBM合金开发出适当的热处理工艺，实现合金微观组织调控，抑制裂纹产生，提高其机械性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效的能够消除电子束选区熔化增材制造镍基高温合金零部件中微裂纹，并提高其力学性能的热处理方法。通过对EBM成型镍基高温合金实施所述的热处理方法，可消除镍基高温合金中的微观裂纹、调整微观组织结构并在一定范围内实现对成型件力学性能的调控。所述增材制造镍基高温合金在Arcam A2XX设备上完成。

本发明提供的消除电子束选区熔化增材制造镍基高温合金零部件微裂纹的方法，通过对镍基高温合金的热处理工艺实现，具体包括如下步骤：

(1)热等静压处理：温度为1220-1230℃，时间为2-4h。参数选取标准参照EBM制备态镍基高温合金DSC曲线。

具体的，热等静压处理中，先按照升温速率10℃/min从室温升温至1000℃，然后按照升温速率5℃/min升温至1220-1230℃，保温时间为2-4h后，随炉冷却，冷却速率为12℃/min。