CN109332696A - 一种2024铝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2024铝合金激光选区熔化成形方法，包括步骤如下：(1)利用2024铝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2024铝合金构件；(3)将步骤(2)得到的形状满足要求的2024铝合金构件进行固溶时效处理，得到形状及力学性能均满足要求的2024铝合金构件。经上述工艺处理后，2024铝合金的室温抗拉强度不低于500MPa，屈服强度不低于320MPa，延伸率不低于10％，可满足航天产品对2024铝合金强度及塑性的要求。

Description

一种2024铝合金激光选区熔化成形方法
技术领域
本发明涉及一种2024铝合金成形方法，属于金属成形技术领域。
背景技术
铝合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性强、易导热导电、塑性和加工性能良好、成本低等一系列优点，广泛应用于航空、航天、武器、船舶、汽车和电子等领域，是制造航空航天动力装置涡轮泵的重要材料。
随着火箭发动机推力和推质比的大幅度提高，新一代液体火箭发动机的关键构件呈复杂、薄壁、整体化和轻质化的特点，对铝合金材料的力学性能提出了更高的要求。
2024铝合金属于高强锻造铝合金，能够满足发动机中如涡轮氧泵的材料需求。但发动机涡轮氧泵复杂的内部腔体结构导致其无法通过锻造、机械加工工艺成形，同时由于2024铝合金合金化复杂，在铸造过程中容易产生裂纹缺陷，因此难以通过传统铸造、锻造、机械加工工艺方法制备出高性能高可靠性的发动机涡轮氧泵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服传统铸造、锻造、机械加工工艺无法用于2024铝合金复杂内腔精密构件整体成形的难题，提出一种2024铝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2024铝合金激光选区熔化成形方法，包括步骤如下：
(1)利用2024铝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2024铝合金构件；
(3)将步骤(2)得到的形状满足要求的2024铝合金构件进行固溶时效处理，得到形状及力学性能均满足要求的2024铝合金构件。
所述的步骤(1)中，得到的金属粉料的粒径范围为15μm～53μm。
所述步骤(1)中，进行气雾化制粉时，雾化气体为氩气，压力的取值范围为3.5MPa～5MPa，金属液过热度的取值范围为100℃～300℃，金属液流率的取值范围为每分钟10Kg～20Kg。
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：激光功率的取值范围为200W～250W，扫描速度的取值范围为600～800mm/s，光斑直径的取值范围为0.12mm～0.14mm，铺粉层厚的取值范围为0.03mm～0.05mm。
所述步骤(3)中，所述固溶时效处理的方法为：将形状满足要求的2024铝合金构件置于真空炉中，升温至固溶温度，固溶温度的取值范围为490～520℃，保温1h～2h，然后水淬冷却至时效温度，时效温度的取值范围为180～200℃，保温12h后，空气冷却。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)采用本发明的成形方法后，获得的2024铝合金激光选区熔化成形构件的室温抗拉强度不低于500MPa，屈服强度不低于320MPa，延伸率不低于10％，满足了新一代高压补然发动机涡轮氧泵的材料需求；
(2)本发明提出的2024铝合金激光选区熔化成形方法，解决了传统铸造、锻造、机械加工工艺无法用于2024铝合金涡轮氧泵成形的难题。
(3)本发明提出的方法可广泛应用于航天高强轻质材料构件的制造，同时可推广到航空、兵器、汽车等国防工业和民用领域。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
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。
如图1所示，一种2024铝合金激光选区熔化成形方法，该方法的步骤包括：
(1)利用2024铝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2024铝合金构件；
(3)将步骤(2)得到的形状满足要求的2024铝合金构件进行固溶时效处理，得到形状及力学性能均满足要求的2024铝合金构件。
所述步骤(1)中，以2024铝合金棒材为原材料，采用气雾化制粉方法，雾化气体为氩气，压力的取值范围为3.5MPa～5MPa，金属液过热度的取值范围为100℃～300℃，金属液流率的取值范围为每分钟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：激光功率的取值范围为200W～250W，扫描速度的取值范围为600～800mm/s，光斑直径的取值范围为0.12mm～0.14mm，铺粉层厚的取值范围为0.03mm～0.05mm；
所述步骤(3)中，所述固溶时效处理方法为：将形状满足要求的2024铝合金构件置于真空炉中，升温至固溶温度，固溶温度的取值范围为490～520℃，保温1h～2h，水淬冷却至时效温度，时效温度的取值范围为180～200℃，保温12h，空冷。
实施例1
一种2024铝合金激光选区熔化成形方法，该方法的步骤包括：
(1)利用2024铝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2024铝合金构件；
(3)将步骤(2)得到的形状满足要求的2024铝合金构件进行固溶时效处理，得到形状及力学性能均满足要求的2024铝合金构件。
所述步骤(1)中，以2024铝合金棒材为原材料，采用气雾化制粉方法，雾化气体为氩气，压力为4.5MPa，金属液过热度为200℃，金属液流率为每分钟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250W、光斑直径0.14mm、扫描速度800mm/s、铺粉层厚0.04mm；
所述步骤(3)中，固溶时效处理的方法为：真空炉中升温至固溶温度520℃，保温2h，水淬冷却至时效温度，时效温度200℃，保温12h，空冷。
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532MPa～540MPa，屈服强度达到330MPa～342MPa，延伸率达到12.5％～15.8％。
实施例2
一种2024铝合金激光选区熔化成形方法。利用2024铝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220W、光斑直径0.14mm、扫描速度700mm/s、铺粉层厚0.04mm，制备2024铝合金构件，然后置于真空炉中进行热处理，升温至固溶温度510℃，保温1.5h，水淬冷却至时效温度，时效温度190℃，保温12h，空冷。
得到的2024铝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525MPa～537MPa，屈服强度达到352MPa～364MPa，延伸率达到13.3％～16.5％。
实施例3
一种2024铝合金激光选区熔化成形方法。利用2024铝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200W、光斑直径0.12mm、扫描速度600mm/s、铺粉层厚0.03mm，制备2024铝合金构件，然后置于真空炉中进行热处理，升温至固溶温度500℃，保温1.5h，水淬冷却至时效温度180℃，保温12h，空冷。
得到的2024铝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541MPa～558MPa，屈服强度达到337MPa～352MPa，延伸率达到12.3％～15.8％。
实施例4
一种2024铝合金激光选区熔化成形方法。利用2024铝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220W、光斑直径0.12mm、扫描速度600mm/s、铺粉层厚0.04mm，制备2024铝合金构件，然后置于真空炉中升温至室温固溶温度490℃，保温1h，水淬冷却至时效温度200℃，保温12h，空冷。
得到的2024铝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537MPa～546MPa，屈服强度达到329MPa～346MPa，延伸率达到10.9％～13.8％。
综上所述，经本发明的激光选区熔化增材制造方法制备的2024铝合金复杂构件，室温抗拉强度不低于500MPa，屈服强度不低于320MPa，延伸率不低于10％，可满足航空航天产品对2024铝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。
本发明未详细说明的部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (7)

1.一种2024铝合金激光选区熔化成形方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)利用2024铝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2024铝合金构件；
(3)将步骤(2)得到的形状满足要求的2024铝合金构件进行固溶时效处理，得到形状及力学性能均满足要求的2024铝合金构件。
2.根据权利要求1所述的一种2024铝合金激光选区熔化成形方法，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或2所述的一种2024铝合金激光选区熔化成形方法，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，压力的取值范围为3.5MPa～5MPa，金属液过热度的取值范围为100℃～300℃，金属液流率的取值范围为每分钟10Kg～20Kg。
4.根据权利要求3所述的一种2024铝合金激光选区熔化成形方法，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：激光功率的取值范围为200W～250W，扫描速度的取值范围为600～800mm/s，光斑直径的取值范围为0.12mm～0.14mm，铺粉层厚的取值范围为0.03mm～0.05mm。
5.根据权利要求4所述的一种2024铝合金激光选区熔化成形方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述固溶时效处理的方法为：将形状满足要求的2024铝合金构件置于真空炉中，升温至固溶温度，保温1h～2h，然后水淬冷却至时效温度，保温12h后，空气冷却。
6.根据权利要求5所述的一种2024铝合金激光选区熔化成形方法，其特征在于：所述固溶温度的取值范围为490～520℃。
7.根据权利要求5所述的一种2024铝合金激光选区熔化成形方法，其特征在于：所述时效温度的取值范围为180～200℃。
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