CN109759584A - 一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，具体按照以下步骤实施：首先，对Cu‑Cr合金粉末进行预处理；再进行程序文件和SLM设备的准备；最后，激光选区熔化成形铜铬合金零件；激光选区熔化技术可以直接成形复杂零件，缩短生产周期，提高成形效率，具有很大的生产应用价值；另外，采用激光选区熔化技术，冷却速率可达106数量级，较小的熔池范围和熔池的急速冷却，克服了传统工艺的液相分层现象。
Description
技术领域
本发明属于激光选区熔化技术快速成形方法技术领域，具体涉及一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法。
背景技术
Cu-Cr合金是指以Cu为基体，加入Cr和其它微量合金元素形成的一系列合金，因其热处理后具有较高的强度和硬度，良好的导电导热性及抗腐蚀性，目前，主要用于制备电阻焊电极，触头材料，集成电路引线框架，电车及电力火车架空导线，电动工具的转向器，大型高速涡轮发电机转子的转子导线，电工插头、开关，电动机集电环等要求有高电导率高强度的产品，Cu-Cr合金也用于与导电性无直接关系的热交换环境中，例如，连铸机结晶器内衬，还可作为耐磨材料在轴承、夹钳、螺栓等中使用。Cu-Cr合金是一种典型的二元偏晶合金，在其液相区有一铜、铬互不相溶的区域，当高温单相熔体冷却到液相不互溶区域时，过饱和的Cr相会从熔体中析出形成不溶于铜的富Cr相，由于它的比重较小，因此，富Cr相将迅速上浮，极易导致严重的液相分层，同时在合金凝固过程中，Cr相将首先从液相中析出并形核长大，在铸锭中产生严重的Cr相宏观偏析，最终导致合金化失败，影响材料的使用性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，解决了现有铜铬合金材料在成形过程中，不能直接成形复杂零件且生产效率低的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，对Cu-Cr合金粉末进行预处理；
步骤2，成形前，程序文件和SLM设备的准备；
步骤2.1，程序文件的准备；
首先在计算机上利用三维造型软件设计出所需零件的三维实体模型，然后通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据与填充扫描路径的参数，保存此程序文件，最后将此程序文件导入SLM设备中；
步骤2.2，SLM设备的准备；
选择与成形的金属材料相同或相似材料的基板，将基板固定在SLM设备中的可升降的工作台上，随后对SLM设备进行调平，然后取步骤1的到成形材料薄而均匀的铺放在送粉平台，最后对SLM设备抽真空并充入惰性气体进行气氛保护；
步骤3，激光选区熔化成形铜铬合金零件；
当步骤2.2中SLM设备内的氧气体积含量不大于0.1％时，将步骤2.1的程序文件和参数导入SLM设备，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层步骤2.2铺设的成形材料，工作平台降低一个层厚，再在工作平台上铺平成形材料，继续选区熔化，循环选区熔化至逐步堆积成三维金属零件。
本发明的特点还在于，
步骤1中，Cu-Cr合金粉末由Cu和Cr两种元素组成，其中，Cr占质量分数5％-50％，Cu为余量，以上组分的百分比之和为100％。
步骤1中，预处理具体为：
将Cu-Cr合金粉末在温度100-150℃、大气压不大于-0.05MPa的真空环境烘干箱内干燥2-5h，随后真空冷却2h后取出，再利用200-240目的筛网筛粉，即得。
Cu-Cr合金粉末的粒径在10-53um之间。
激光选区熔化的工艺参数为：层厚为20-60um，激光功率为200-400W，扫描速度为900-1300mm/s，扫描间距为0.05-0.23mm。
本发明的有益效果是：
利用专用的激光选区熔化铜铬合金粉末，结合激光选区熔化的分层打印技术，可以有效的解决传统工艺的偏析问题，激光选区熔化技术可以直接成形复杂零件，缩短生产周期，提高成形效率，具有很大的生产应用价值；另外，采用激光选区熔化技术，冷却速率可达106数量级，较小的熔池范围和熔池的急速冷却，克服了传统工艺的液相分层现象。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，对Cu-Cr合金粉末进行预处理；
Cu-Cr合金粉末由Cu和Cr两种元素组成，其中，Cr占质量分数5％-50％，Cu为余量，以上组分的百分比之和为100％；
预处理具体为：将Cu-Cr合金粉末在温度100-150℃、大气压不大于-0.05MPa的真空环境烘干箱内干燥2-5h，随后真空冷却2h后取出，再利用200-240目的筛网筛粉，即得；
其中，Cu-Cr合金粉末的粒径在10-53um之间；
步骤2，成形前，程序文件和SLM设备的准备；
步骤2.1，程序文件的准备；
首先在计算机上利用三维造型软件设计出所需零件的三维实体模型，然后通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据与填充扫描路径的参数，保存此程序文件，最后将此程序文件导入SLM设备中；
步骤2.2，SLM设备的准备；
选择与成形的金属材料相同或相似材料的基板，将基板固定在SLM设备中的可升降的工作台上，随后对SLM设备进行调平，然后取步骤1的到成形材料薄而均匀的铺放在送粉平台，最后对SLM设备抽真空并充入惰性气体进行气氛保护；
步骤3，激光选区熔化成形铜铬合金零件；
当步骤2.2中SLM设备内的氧气体积含量不大于0.1％时，将步骤2.1的程序文件和参数导入SLM设备，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层步骤2.2铺设的成形材料，工作平台降低一个层厚，再在工作平台上铺平成形材料，继续选区熔化，循环选区熔化至逐步堆积成三维金属零件；
激光选区熔化的工艺参数为：层厚为20-60um，激光功率为200-400W，扫描速度为900-1300mm/s，扫描间距为0.05-0.23mm；
其中，在成形过程中一直充氩气进行气氛保护。
Cu-Cr合金是一种典型的二元偏晶合金，在其液相区有一铜、铬互不相溶的区域，当高温单相熔体冷却到液相不互溶区域时，过饱和的Cr相会从熔体中析出形成不溶于铜的富Cr相，由于它的比重较小，因此富Cr相将迅速上浮，极易导致严重的液相分层。而激光选区熔化技术的冷却速率可达106数量级，熔池的急速冷却可以阻止富Cr相的上浮，激光选区熔化成形技术的层厚和热输入，更好的克服了传统工艺的液相分层现象，通过研究其核心工艺参数，进一步提高其组织均匀性。
本发明的方法利用专用的激光选区熔化铜铬合金粉末，结合激光选区熔化的分层打印技术，可以有效的解决传统工艺的偏析问题，激光选区熔化技术可以直接成形复杂零件，缩短生产周期，提高成形效率，具有很大的生产应用价值；另外，采用激光选区熔化技术，冷却速率可达106数量级，较小的熔池范围和熔池的急速冷却，克服了传统工艺的液相分层现象。
实施例1
本发明一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，对Cu-Cr合金粉末进行预处理；
Cu-Cr合金粉末，按照质量分数由以下组分组成：Cr占质量分数5％，Cu为余量，以上组分的百分比之和为100％；
预处理具体为：将Cu-Cr合金粉末在温度100℃、大气压不大于-0.05MPa的真空环境烘干箱内干燥2h，随后真空冷却2h后取出，再利用200目的筛网筛粉，即得；
其中，Cu-Cr合金粉末的粒径在10-53um之间；
步骤2，成形前，程序文件和SLM设备的准备；
步骤2.1，程序文件的准备；
首先在计算机上利用三维造型软件设计出所需零件的三维实体模型，然后通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据与填充扫描路径的参数，保存此程序文件，最后将此程序文件导入SLM设备中；
步骤2.2，SLM设备的准备；
选择与成形的金属材料相同或相似材料的基板，将基板固定在SLM设备中的可升降的工作台上，随后对SLM设备进行调平，然后取步骤1的到成形材料薄而均匀的铺放在送粉平台，最后对SLM设备抽真空并充入惰性气体进行气氛保护；
步骤3，激光选区熔化成形铜铬合金零件；
当步骤2.2中SLM设备内的氧气体积含量不大于0.1％时，将步骤2.1的程序文件和参数导入SLM设备，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层步骤2.2铺设的成形材料，工作平台降低一个层厚，再在工作平台上铺平成形材料，继续选区熔化，循环选区熔化至逐步堆积成三维金属零件；
激光选区熔化的工艺参数为：层厚为20um，激光功率为200W，扫描速度为1000mm/s，扫描间距为0.07mm；
实施例2
本发明一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，对Cu-Cr合金粉末进行预处理；
Cu-Cr合金粉末，按照质量分数由以下组分组成：Cr占质量分数10％，Cu为余量，以上组分的百分比之和为100％；
预处理具体为：将Cu-Cr合金粉末在温度130℃、大气压不大于-0.05MPa的真空环境烘干箱内干燥4h，随后真空冷却2h后取出，再利用240目的筛网筛粉，即得；
其中，Cu-Cr合金粉末的粒径在10-53um之间；
步骤2，成形前，程序文件和SLM设备的准备；
步骤2.1，程序文件的准备；
首先在计算机上利用三维造型软件设计出所需零件的三维实体模型，然后通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据与填充扫描路径的参数，保存此程序文件，最后将此程序文件导入SLM设备中；
步骤2.2，SLM设备的准备；
选择与成形的金属材料相同或相似材料的基板，将基板固定在SLM设备中的可升降的工作台上，随后对SLM设备进行调平，然后取步骤1的到成形材料薄而均匀的铺放在送粉平台，最后对SLM设备抽真空并充入惰性气体进行气氛保护；
步骤3，激光选区熔化成形铜铬合金零件；
当步骤2.2中SLM设备内的氧气体积含量不大于0.1％时，将步骤2.1的程序文件和参数导入SLM设备，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层步骤2.2铺设的成形材料，工作平台降低一个层厚，再在工作平台上铺平成形材料，继续选区熔化，循环选区熔化至逐步堆积成三维金属零件；
激光选区熔化的工艺参数为：层厚为30um，激光功率为300W，扫描速度为1200mm/s，扫描间距为0.09mm；
实施例3
本发明一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，对Cu-Cr合金粉末进行预处理；
Cu-Cr合金粉末，按照质量分数由以下组分组成：Cr占质量分数20％，Cu为余量，以上组分的百分比之和为100％；
预处理具体为：将Cu-Cr合金粉末在温度100-150℃、大气压不大于-0.05MPa的真空环境烘干箱内干燥2-5h，随后真空冷却2h后取出，再利用220目的筛网筛粉，即得；
其中，Cu-Cr合金粉末的粒径在10-53um之间；
步骤2，成形前，程序文件和SLM设备的准备；
步骤2.1，程序文件的准备；
首先在计算机上利用三维造型软件设计出所需零件的三维实体模型，然后通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据与填充扫描路径的参数，保存此程序文件，最后将此程序文件导入SLM设备中；
步骤2.2，SLM设备的准备；
选择与成形的金属材料相同或相似材料的基板，将基板固定在SLM设备中的可升降的工作台上，随后对SLM设备进行调平，然后取步骤1的到成形材料薄而均匀的铺放在送粉平台，最后对SLM设备抽真空并充入惰性气体进行气氛保护；
步骤3，激光选区熔化成形铜铬合金零件；
当步骤2.2中SLM设备内的氧气体积含量不大于0.1％时，将步骤2.1的程序文件和参数导入SLM设备，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层步骤2.2铺设的成形材料，工作平台降低一个层厚，再在工作平台上铺平成形材料，继续选区熔化，循环选区熔化至逐步堆积成三维金属零件；
激光选区熔化的工艺参数为：层厚为40um，激光功率为240W，扫描速度为1100mm/s，扫描间距为0.11mm；
实施例4
本发明一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，对Cu-Cr合金粉末进行预处理；
Cu-Cr合金粉末，按照质量分数由以下组分组成：Cr占质量分数35％，Cu为余量，以上组分的百分比之和为100％；
预处理具体为：将Cu-Cr合金粉末在温度110℃、大气压不大于-0.05MPa的真空环境烘干箱内干燥3h，随后真空冷却2h后取出，再利用200目的筛网筛粉，即得；
其中，Cu-Cr合金粉末的粒径在10-53um之间；
步骤2，成形前，程序文件和SLM设备的准备；
步骤2.1，程序文件的准备；
首先在计算机上利用三维造型软件设计出所需零件的三维实体模型，然后通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据与填充扫描路径的参数，保存此程序文件，最后将此程序文件导入SLM设备中；
步骤2.2，SLM设备的准备；
选择与成形的金属材料相同或相似材料的基板，将基板固定在SLM设备中的可升降的工作台上，随后对SLM设备进行调平，然后取步骤1的到成形材料薄而均匀的铺放在送粉平台，最后对SLM设备抽真空并充入惰性气体进行气氛保护；
步骤3，激光选区熔化成形铜铬合金零件；
当步骤2.2中SLM设备内的氧气体积含量不大于0.1％时，将步骤2.1的程序文件和参数导入SLM设备，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层步骤2.2铺设的成形材料，工作平台降低一个层厚，再在工作平台上铺平成形材料，继续选区熔化，循环选区熔化至逐步堆积成三维金属零件；
激光选区熔化的工艺参数为：层厚为35um，激光功率为220W，扫描速度为950mm/s，扫描间距为0.1mm。
实施例5
本发明一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，对Cu-Cr合金粉末进行预处理；
Cu-Cr合金粉末，按照质量分数由以下组分组成：Cr占质量分数50％，Cu为余量，以上组分的百分比之和为100％；
预处理具体为：将Cu-Cr合金粉末在温度150℃、大气压不大于-0.05MPa的真空环境烘干箱内干燥5h，随后真空冷却2h后取出，再利用240目的筛网筛粉，即得；
其中，Cu-Cr合金粉末的粒径在10-53um之间；
步骤2，成形前，程序文件和SLM设备的准备；
步骤2.1，程序文件的准备；
首先在计算机上利用三维造型软件设计出所需零件的三维实体模型，然后通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据与填充扫描路径的参数，保存此程序文件，最后将此程序文件导入SLM设备中；
步骤2.2，SLM设备的准备；
选择与成形的金属材料相同或相似材料的基板，将基板固定在SLM设备中的可升降的工作台上，随后对SLM设备进行调平，然后取步骤1的到成形材料薄而均匀的铺放在送粉平台，最后对SLM设备抽真空并充入惰性气体进行气氛保护；
步骤3，激光选区熔化成形铜铬合金零件；
当步骤2.2中SLM设备内的氧气体积含量不大于0.1％时，将步骤2.1的程序文件和参数导入SLM设备，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层步骤2.2铺设的成形材料，工作平台降低一个层厚，再在工作平台上铺平成形材料，继续选区熔化，循环选区熔化至逐步堆积成三维金属零件；
激光选区熔化的工艺参数为：层厚为60um，激光功率为400W，扫描速度为1300mm/s，扫描间距为0.23mm。
Claims (5)
1.一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，对Cu-Cr合金粉末进行预处理；
步骤2，成形前，程序文件和SLM设备的准备；
步骤2.1，程序文件的准备；
首先在计算机上利用三维造型软件设计出所需零件的三维实体模型，然后通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据与填充扫描路径的参数，保存此程序文件，最后将此程序文件导入SLM设备中；
步骤2.2，SLM设备的准备；
选择与成形的金属材料相同或相似材料的基板，将基板固定在SLM设备中的可升降的工作台上，随后对SLM设备进行调平，然后取步骤1的到成形材料薄而均匀的铺放在送粉平台，最后对SLM设备抽真空并充入惰性气体进行气氛保护；
步骤3，激光选区熔化成形铜铬合金零件；
当步骤2.2中SLM设备内的氧气体积含量不大于0.1％时，将步骤2.1的程序文件和参数导入SLM设备，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层步骤2.2铺设的成形材料，工作平台降低一个层厚，再在工作平台上铺平成形材料，继续选区熔化，循环选区熔化至逐步堆积成三维金属零件。
2.根据权利要求1所述的一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，其特征在于，所述步骤1中，Cu-Cr合金粉末由Cu和Cr两种元素组成，其中，Cr占质量分数5％-50％，Cu为余量，以上组分的百分比之和为100％。
3.根据权利要求1或2所述的一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，其特征在于，所述步骤1中，预处理具体为：
将Cu-Cr合金粉末在温度100-150℃、大气压不大于-0.05MPa的真空环境烘干箱内干燥2-5h，随后真空冷却2h后取出，再利用200-240目的筛网筛粉，即得。
4.根据权利要求3所述的一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，其特征在于，所述Cu-Cr合金粉末的粒径在10-53um之间。
5.根据权利要求1所述的一种铜铬合金零件的激光选区熔化成形方法，其特征在于，所述激光选区熔化的工艺参数为：层厚为20-60um，激光功率为200-400W，扫描速度为900-1300mm/s，扫描间距为0.05-0.23mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20190517 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |