[发明专利]一种实现镍基功能零件局部凝固组织定制的激光金属3D打印方法

摘要

本发明公开了一种实现镍基功能零件局部凝固组织定制的激光金属3D打印方法。先绘制出镍基合金凝固组织与凝固参数的对应关系图；根据关系图获得零件局部目标组织所对应的凝固参数范围；利用三维有限元传热模型计算熔池温度场，再现上述凝固参数范围，进而获得与目标组织匹配的工艺参数；按上述过程完成零件所有部位凝固组织与工艺参数匹配；对零件进行单层切片处理，获得单层随位置变化的工艺参数，直到完成零件所有层的切片与工艺参数设置；将定制化的工艺参数设置输入3D打印系统进行3D打印，获得具有定制化凝固组织的镍基功能零件。本发明通过根据零件局部组织要求，采用定制化的工艺参数，能有效实现零件局部凝固组织的定制。

主权项

1.一种实现镍基功能零件局部凝固组织定制的激光金属3D打印方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：根据激光加工镍基合金柱状向等轴枝晶转变CET模型公式：式中a、n、N₀及为镍基合金相关参数，分别取1.25×10⁶、3.4、2×10¹⁵及0.66％，以温度梯度G为纵坐标、凝固速率R为横坐标绘制出镍基合金CET转变的临界曲线，其中纵坐标G的范围为10³‑10⁸K/m，横坐标R的范围为10^‑4‑10²m/s，该曲线将G‑R二维坐标系划分为两个区域，其中临界曲线左上方为柱状枝晶区域，临界曲线右下方为等轴枝晶区域；步骤二：以冷却速率G*R为定值，从G*R＝10^‑1起，G*R值每上升两个量级，在步骤一获得的G‑R二维坐标系中绘制出一条曲线，再根据λ₁＝80*(G*R)^‑0.33，其中λ₁为一次枝晶间距或等轴枝晶直径，单位μm，在曲线上标记出对应的λ₁值，进而获得在G‑R二维坐标系中同时包含枝晶形貌及枝晶尺寸大小信息的凝固组织选择图；步骤三：根据零件局部所需的目标组织形貌及尺寸大小，从步骤二得到的凝固组织选择图中获得目标组织对应的温度梯度G及凝固速率R范围；步骤四：将一组3D打印工艺参数输入三维有限元传热模型对熔池温度场进行计算，提取出激光开启1秒后任一瞬间熔池移动边界上的温度梯度G₁及凝固速率R₁值，与步骤三获得的G、R范围进行比较，若G₁及R₁均处于G、R范围，获得相应的3D打印工艺参数；若G₁及R₁不处于G、R范围，反复调整3D打印工艺参数输入，直到G₁及R₁均处于G、R范围，获得满足条件的工艺参数；步骤五：重复步骤三和步骤四，直到完成镍基功能零件所有部位凝固组织与工艺参数的匹配；步骤六：采用Cura切片软件对镍基功能零件进行单层切片处理，获得单层随位置变化的3D打印工艺参数及扫描路径；步骤七：重复步骤六直到完成镍基功能零件所有层的切片与工艺参数设置；步骤八：将定制化的工艺参数设置输入激光金属3D打印系统进行3D打印，获得具有局部定制化凝固组织的镍基功能零件。