CN108188392A - 一种k4202高温合金激光选区熔化成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种K4202高温合金激光选区熔化成形方法。所述K4202高温合金激光选区熔化工艺参数为：激光功率280W～320W，扫描速度为800‑1200mm/s，光斑直径0.12mm～0.14mm，铺粉层厚0.03mm‑0.06mm。成形构件在真空热处理炉中进行固溶处理，1080℃～1120℃保温4h～6h，回充氩气冷却至室温。经上述工艺处理后，K4202高温合金构件的室温抗拉强度不低于980MPa，屈服强度不低于550MPa，延伸率不低于16％；700℃抗拉强度不低于830MPa，屈服强度不低于490MPa，延伸率不低于10％，可满足航天产品对K4202高温合金构件强度及塑性的要求。

Description

一种K4202高温合金激光选区熔化成形方法
技术领域
本发明涉及一种K4202高温合金激光选区熔化成形方法，属于金属成形技术领域。
背景技术
镍基高温合金具有优良的抗氧化、耐腐蚀和耐高温性能，广泛应用于航空、航天、船舶、核能和化工等领域，是制造航空航天动力装置热端部件的重要材料。K4202高温合金作为工作温度范围在-253℃～800℃的Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金，已被应用于700℃以下长时使用的新型大推力火箭发动机涡轮转子、整流栅、涡轮球壳和燃气管路等部件。该合金具有优良的抗氧化、耐腐蚀和耐高温性能，广泛应用于航空、航天领域，是制造航天动力装置热端部件的重要材料。
K4202高温合金目前采用熔模精密铸造方法成形，铸件内部质量控制难度大，尤其当是壁厚较小时，容易出现成分偏析、缩孔、缩松、裂纹、浇不足等缺陷，成品率较低，成本较高，生产周期较长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服传统铸造工艺铸件质量不易控制、研制周期长等不足，提出一种K4202高温合金材料激光选区熔化成形方法，实现该材料复杂精密构件的快速制造与直接制造。
本发明的技术解决方案是：
一种K4202高温合金材料的成形方法，该方法的步骤包括：
(1)利用K4202高温合金棒材进行气雾化制粉，得到粒径范围为15μm～53μm的金属粉料；
(2)利用步骤(1)得到的粉料进行激光选区熔化成形，得到形状满足要求的K4202高温合金构件；
(3)将步骤(2)得到的形状满足要求的K4202高温合金构件进行固溶处理，得到形状及力学性能均满足要求的K4202高温合金构件。
所述步骤(1)中，以K4202高温合金棒材为原材料，采用气雾化制粉方法，雾化气体为氩气，压力3.5MPa～5MPa，金属液过热度100℃～300℃,金属液流率每分钟10Kg～20Kg，得到粒径范围为15μm～53μm的合金粉末；
所述步骤(2)中，激光选区熔化成形的工艺参数为：激光选区熔化成形条件是：激光功率280W～320W，扫描速度为800mm/s～1200mm/s，光斑直径0.12mm～0.14mm，铺粉层厚0.03-0.06mm；
所述步骤(3)中，所述固溶处理方法为：真空热处理炉中在1080℃～1120℃保温4h～6h，回充氩气冷却至室温。
本发明的有益效果是：
(1)采用上述技术方案后，获得的K4202高温合金激光选区熔化成形构件，室温抗拉强度不低于980MPa，屈服强度不低于550MPa，延伸率不低于16％；700℃抗拉强度不低于830MPa，屈服强度不低于490MPa，延伸率不低于10％，从而拓展了应用范围；
(2)本发明提出的K4202高温合金激光选区熔化成形方法，主要解决了熔模精密铸造方法带来的冷隔、疏松、夹杂等缺陷和致密度不足的问题，生产周期缩短60％；
(3)本发明提出的方法可广泛应用于航天热端复杂构件的制造，该方法可实现K4202高温合金复杂精密构件的快速制造与直接制造。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种K4202高温合金激光选区熔化成形方法，该方法的步骤包括：
(1)利用K4202高温合金棒材进行气雾化制粉，得到粒径范围为15μm～53μm的金属粉料；
(2)利用步骤(1)得到的粉料进行激光选区熔化成形，得到形状满足要求K4202高温合金构件；
(3)将步骤(2)得到的形状满足要求的K4202高温合金构件进行固溶处理，得到形状及力学性能均满足要求的K4202高温合金构件。
所述步骤(1)中，以K4202高温合金棒材为原材料，采用气雾化制粉方法，雾化气体为氩气，压力4.5MPa，金属液过热度200℃，金属液流率每分钟18Kg，得到粒径范围为15μm～53μm的合金粉末；
所述步骤(2)中，激光选区熔化成形的工艺参数为：采用工艺参数为激光功率320W、光斑直径0.14mm、扫描速度1200mm/s、铺粉层厚0.04mm；
所述步骤(3)中，固溶处理的方法为：真空热处理炉中1120℃保温6h，回充氩气冷却至室温。
对得到的构件采用同批试样进行力学性能测试，测试方法为GB/T228.1和GB/T228.2，测试结果表明：室温下抗拉强度达到1166MPa～1224MPa，屈服强度达到849MPa～901MPa，延伸率达到27.3％～28.5％；700℃抗拉强度达到904MPa～940MPa，屈服强度达到816MPa～849MPa，延伸率达到10.2％～11％。
实施例2
一种K4202高温合金激光选区熔化成形方法。利用K4202高温合金棒材进行气雾化制粉，得到粒径范围为15μm～53μm的金属粉料；以得到的金属粉料为原材料，采用工艺参数为激光功率300W、光斑直径0.14mm、扫描速度1100mm/s、铺粉层厚0.04mm制备K4202高温合金构件，然后置于1100℃真空炉中保温4h后，回充氩气冷却至室温。
得到的K4202高温合金构件采用同批试样进行力学性能测试，测试方法为GB/T228.1和GB/T228.2，测试结果表明：室温下抗拉强度达到1172MPa～1264MPa，屈服强度达到832MPa～878MPa，延伸率达到23.3％～26％；700℃抗拉强度达到1080MPa～1103MPa，屈服强度达到701MPa～750MPa，延伸率达到12.0％～13.2％。
实施例3
一种K4202高温合金激光选区熔化成形方法。利用K4202高温合金棒材进行气雾化制粉，得到粒径范围为15μm～53μm的金属粉料；以得到的金属粉料为原材料，采用工艺参数为激光功率280W、光斑直径0.12mm、扫描速度900mm/s、铺粉层厚0.03mm制备K4202高温合金构件，然后置于1080℃真空炉中保温6h后，回充氩气冷却至室温。
得到的K4202高温合金构件采用同批试样进行力学性能测试，测试方法为GB/T228.1和GB/T228.2，测试结果表明：室温下抗拉强度达到1047MPa～1124MPa，屈服强度达到589MPa～597MPa，延伸率达到19.0％～26.7％；700℃抗拉强度达到906MPa～979MPa，屈服强度达到566MPa～571MPa，延伸率达到18.0％～18.8％。
实施例4
一种K4202高温合金激光选区熔化成形方法。利用K4202高温合金棒材进行气雾化制粉，得到粒径范围为15μm～53μm的金属粉料；以得到的金属粉料为原材料，采用工艺参数为激光功率320W、光斑直径0.12mm、扫描速度1000mm/s、铺粉层厚0.04mm制备K4202高温合金构件，然后置于1080℃真空炉中保温4h后，回充氩气冷却至室温。
得到的K4202高温合金构件采用同批试样进行力学性能测试，测试方法为GB/T228.1和GB/T228.2，测试结果表明：抗拉强度达到1238MPa～1264MPa，屈服强度达到878MPa～895MPa，延伸率达到18.3％～20％，700℃抗拉强度达到854MPa～890MPa，屈服强度达到606MPa～650MPa，延伸率达到13.6％～15％。
综上所述，经本发明的激光选区熔化增材制造方法制备的K4202高温合金复杂构件，室温抗拉强度不低于980MPa，屈服强度不低于550MPa，延伸率不低于16％；700℃抗拉强度不低于830MPa，屈服强度不低于490MPa，延伸率不低于10％，可满足航空航天产品对K4202高温合金构件强度及塑性的要求。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种K4202高温合金材料的成形方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)利用K4202高温合金棒材进行气雾化制粉，得到金属粉料；
(2)利用步骤(1)得到的粉料进行激光选区熔化成形，得到形状满足要求的K4202高温合金构件；
(3)将步骤(2)得到的形状满足要求的K4202高温合金构件进行固溶处理，得到形状及力学性能均满足要求的K4202高温合金构件。
2.根据权利要求1所述的一种K4202高温合金材料的成形方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，得到的金属粉料的粒径范围为15μm～53μm。
3.根据权利要求1所述的一种K4202高温合金材料的成形方法，其特征在于：所述步骤(1)中，进行气雾化制粉时，雾化气体为氩气，压力3.5MPa～5MPa，金属液过热度100℃～300℃，金属液流率每分钟10Kg～20Kg。
4.根据权利要求1所述的一种K4202高温合金材料的成形方法，其特征在于：所述步骤(2)中，激光选区熔化成形的工艺参数为：激光选区熔化成形条件是：激光功率280W～320W，扫描速度为800mm/s～1200mm/s，光斑直径0.12mm～0.14mm，铺粉层厚0.03-0.06mm。
5.根据权利要求1所述的一种K4202高温合金材料的成形方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述固溶处理方法为：真空热处理炉中在1080℃～1120℃保温4h～6h，回充氩气冷却至室温。
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