[发明专利]一种Inconel625合金枝晶形貌的方法

说明书

本发明通过记录Inconel625合金在激光增材成形过程中在激光增材成形过程中熔池经过单道熔覆层中部位置的温度变化，获得定点温度变化曲线，并且根据通过定点温度变化曲线，计算出定点温度变化曲线的峰值温度T、液相线与温度曲线的截距t、及熔池冷却阶段的平均冷却速率ξ，对Inconel625合金的激光增材成型参数进行优化，最终得出获得得到柱状枝晶的工艺参数及获得等轴枝晶的工艺参数，从而实现了Inconel625合金枝晶形貌的调控，能有效提高成形件力学性能。

技术领域

本发明属于金属增材制造领域，特别涉及一种Inconel625合金枝晶形貌的方法。

背景技术

激光增材制造(Laser Additive Manufacturing,LAM)技术，也称“激光3D打印”，它以高能激光束为热源，兼顾精确成形与高性能成形需求，具有柔性高、周期短、成形不受零件结构及材料限制等优点，在高性能复杂金属零件的快速成形方面具有重要应用前景。镍(Ni)基高温合金是一种能在650℃以上高温及复杂应力下具有较高强度、良好的抗氧化、抗腐蚀能力及高稳定性的奥氏体金属材料，因其优异的综合性能被广泛应用于蒸汽涡轮及航空发动机关键部件(如机匣、导向叶片等)的制造。Inconel 625合金是最常用的镍基高温合金之一。目前激光增材制造Inconel 625合金受到国内外学者的普遍关注。

激光增材制造通常采用高功率激光器将基材与粉末材料熔化，再通过逐层叠加的加工方式实现三维实体零件的成形。成形过程中局部熔池具有高定向散热、高温度梯度、高冷却速率及复杂热循环等特点。激光增材制造Inconel 625合金通常具有以下组织特征：沉积层整体以外延生长的柱状晶为主，顶部存在少量等轴晶；亚结构为细小的柱状枝晶；枝晶间存在明显的元素偏析与共晶相。然而，高取向的柱状晶/枝晶通常导致成形件机械性能的各向异性；枝晶间链状脆性共晶相显著降低成形件拉伸性能、断裂韧性及疲劳性能。此外，成形过程中形成的长链状低熔点共晶相增加成形件的热裂敏感性。

国内外学者针对激光增材制造Inconel 625合金凝固组织及性能开展了大量的研究工作，主要包括：通过调节激光功率、扫描速度等工艺参数，以改变熔池固液界面凝固参量(如温度梯度(G)、凝固速度(V)等)，细化凝固组织，减少元素偏析；通过优化扫描路径或沉积策略，以改变熔池局部界面形态及热流方向，实现晶粒形貌、生长方向及晶体学织构调控；通过基材强制冷却(如水冷、液氮冷)，以改变熔池散热条件及冷却速率，实现枝晶形貌及Laves共晶相调控等。此外，研究表明，与粗大柱状枝晶相比，等轴枝晶有利于离散脆性Laves共晶相，提高后续热处理过程中的时效响应，进而提高成形件的机械性能。上述研究为激光增材制造Inconel 625合金组织及性能调控提供了很好的见解与理论基础，然而，尚缺乏有效的方法对激光增材制造钴基高温合金的枝晶形貌进行调控。

发明内容

本发明提供一种Inconel625合金枝晶形貌的方法，所述方法能够对Inconel625合金的枝晶形貌进行有效调控。

为实现上述目的，本申请采用下述技术方案。

一种Inconel625合金枝晶形貌的方法，包括以下步骤：

(1)设置激光增材制造工艺的主要参数，其激光峰值功率P为500～1000W，扫描速度V为5～13mm/s，光斑直径D为0.5～2.5mm；

(2)采用步骤(1)所设置的参数对Inconel625合金进行激光增材成形，且记录Inconel625合金在激光增材成形过程中熔池经过单道熔覆层中部位置的温度变化，获得定点温度变化曲线；

(3)根据步骤(2)中得到定点温度变化曲线，计算出定点温度变化曲线的峰值温度T、液相线与温度曲线的截距t、及熔池冷却阶段的平均冷却速率ξ；