[发明专利]激光能量沉积高温合金各向异性和裂纹抑制方法和装置

说明书

公开了激光能量沉积高温合金各向异性和裂纹抑制方法和装置，所述方法包含：在制造成形前，采用碳中波红外辐射加热装置为基板提供300～600℃恒定预热温度；增材制造过程中，利用高频感应加热装置在成形区域产生变化磁场，同时在交变磁场作用下凝固层和基板内部产生感应涡流，提供加热至200～300℃。利用多级磁场和热源协同作用降低成形过程中冷却速度，实现柱状晶到等轴晶的转变、细化晶粒、抑制气孔和裂纹产生，消除组织和力学性能的各向异性。该方法可以实现激光定向能量沉积成形镍基高温合金高品质、无缺陷成形，同时也可以应用于电弧和电子束增材制造工艺。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体地涉及激光能量沉积高温合金各向异性和裂纹抑制方法和装置。

背景技术

金属增材制造成形原理是由热源作用于粉末材料，根据扫描路径进行逐点扫描、逐线/逐层搭接，可以实现零件近净成形。目前金属增材制造主流应用技术有激光粉末床熔融技术、激光定向能量沉积技术、电子束粉末床熔融技术及电弧熔融技术等。镍基高温合金是一种在高温条件下具有高强度、抗氧化能力好、蠕变强度和持久强度好以及抗燃气腐蚀能力的材料。为满足高温抗氧化和抗腐蚀的要求，加入了大量的强化元素，来保证其优越的高温性能。镍基高温合金凭借其优异的综合性能，被广泛应用于航空航天领域、汽车通讯领域、船舶制造领域等。金属增材制造对于镍基高温合金的制备具有独特的优势，如制造周期短、成本低、性能良好及成形复杂度高等特点，有望实现航空发动机热端部件制备。因此，金属增材制造在高温合金领域有较大应用前景。目前，微裂纹和组织性能的各向异性是限制金属增材制造应用的重要因素，抑制增材制造的微裂纹和各向异性是目前研究的一大热点。

发明内容

本发明提供一种抑制激光定向能量沉积镍基高温合金各向异性和裂纹的方法，改善增材制造零件成形过程的冷却速度、消除应力集中，抑制裂纹产生，解决了成形零件明显的组织性能各向异性问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种激光能量沉积高温合金各向异性和裂纹抑制方法，包括：在零件成形之前通过碳中波红外辐射加热装置为基板提供高温预热消除因所述基板与金属液滴之间的温差引起裂纹缺陷；在零件成形过程中，碳中波红外辐射加热装置继续对所述基板加热，同时高频感应加热装置在零件的凝固层提供水平方向上变化磁场和电场强度，以折断柱状晶的生长、细化晶粒，实现等轴晶的转变，同时为凝固部分内部产生感应涡流热，降低制造过程中冷却速度，消除应力集中和微观裂纹的产生。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种激光能量沉积高温合金各向异性和裂纹抑制装置，包括；碳中波红外辐射加热装置，其与基板连接在零件成形之前和成形过程中为对所述基板进行加热消除因所述基板与金属液滴之间的温差引起裂纹缺陷；以及高频感应加热装置，其在零件成形过程中在凝固层提供水平方向上变化磁场和电场强度，以折断柱状晶的生长、细化晶粒，实现等轴晶的转变，同时为凝固部分内部产生感应涡流热，降低制造过程中冷却速度，消除应力集中和微观裂纹的产生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为本发明一实施例提供的一种抑制激光定向能量沉积镍基高温合金各向异性和裂纹的装置示意图。

图2为本发明一实施例提供的高频感应加热装置、基板以及零件局部图。

图3为本发明一实施例提供的碳中波红外辐射加热装置示意图。

图4为本发明一实施例提供的利用本发明方法成形的高温合金组织形貌。

具体实施方式