CN114672680B - 一种增材制造镍基高温合金分步热等静压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增材制造镍基高温合金分步热等静压方法及其制备方法，包括，提供增材制造技术制备的镍基高温合金；于镍基高温合金的σ相析出温度T1下进行第一次热等静压；于镍基高温合金的γ″相析出温度T2下进行第二次热等静压。本发明方法促进偏析元素的扩散，优化了组织结构，使组织相对均匀，提高了致密度和力学性能。

Description

一种增材制造镍基高温合金分步热等静压方法
技术领域
本发明属于增材制造加工技术领域，具体涉及到一种增材制造镍基高温合金分步热等静压方法。
背景技术
GH4169合金作为镍基高温合金中的一种，在极端热和机械条件下具有优异的耐腐蚀、耐热和强度性能，通常用于制造发动机涡轮盘、涡轮转子叶片和其他机械紧固部件。然而，在加工过程中，刀具过度磨损和材料去除率低都使合金难以加工。此外，许多GH4169元件形状复杂，内部通道呈迷宫状或悬垂，传统工艺难以制造(例如，锻造、轧制和铸造)。
选择性激光熔化(SLM)是一种快速原型的增材制造(AM)技术，用于从粉末中直接生产金属部件。SLM工艺可以制造具有复杂几何形状的部件，克服了传统制造工艺(如铸造和锻造)存在的几何限制，并且能缩短加工步骤，节省人工成本。
AM处理后的显微组织特征与锻铸不同。在SLM制造过程中，当金属粉末被激光熔化时，每一层都经历快速凝固，随后的每层经历各种加热和冷却循环。高速的高能激光在局部区域的短相互作用时间导致了大的热梯度，从而导致了高的热应力的存在使材料不稳定。通过高冷却速率快速凝固薄层，会导致定向晶粒长大，高浓度难熔元素的微偏析，形成非平衡相，包括碳化物和Laves相，还会抑制γ″相的析出，导致力学性能下降。采用以往的处理方法难以提高材料的性能，无法发挥增材制造的优势。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
本发明的其中一个目的是提供一种增材制造镍基高温合金分步热等静压方法，促进偏析元素的扩散，使碳化物和Laves相等脆性相溶解到奥氏体基体中，析出γ″相，提高了致密度和力学性能。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种增材制造镍基高温合金分步热等静压方法，包括，
提供增材制造技术制备的镍基高温合金；
于镍基高温合金的σ相析出温度T1下进行第一次热等静压；
于镍基高温合金的γ″相析出温度T2下进行第二次热等静压。
作为本发明增材制造镍基高温合金分步热等静压方法的一种优选方案，其中：所述镍基高温合金为GH4169镍基高温合金。
作为本发明增材制造镍基高温合金分步热等静压方法的一种优选方案，其中：所述温度T1≥900℃，所述温度T2≥700℃。
作为本发明增材制造镍基高温合金分步热等静压方法的一种优选方案，其中：所述第一次热等静压，在压力P1、温度T1，时间超过2h的条件下进行；
其中，所述压力P1为80～120MPa。
作为本发明增材制造镍基高温合金分步热等静压方法的一种优选方案，其中：所述温度T1为900～1200℃。
作为本发明增材制造镍基高温合金分步热等静压方法的一种优选方案，其中：所述第二次热等静压，在压力P2、温度T2，时间超过8h的条件下进行；
其中，所述压力P2为80～120MPa。
作为本发明增材制造镍基高温合金分步热等静压方法的一种优选方案，其中：所述温度T2为700～800℃。
作为本发明增材制造镍基高温合金分步热等静压方法的一种优选方案，其中：还包括，将处理后的GH4169镍基高温合金空冷至室温。
作为本发明增材制造镍基高温合金分步热等静压方法的一种优选方案，其中：所述空冷至室温，冷却速度为40～110℃/s。
作为本发明增材制造镍基高温合金分步热等静压方法的一种优选方案，其中：所述增材制造技术为选区激光熔化。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种增材制造镍基高温合金分步热等静压方法，促进偏析元素的扩散，优化了组织结构，使组织相对均匀，提高了致密度和力学性能。经过分步热等静压处理后的增材制造GH4169高温镍基合金硬度、致密度和抗拉强度有明显提升，塑性略有下降。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明的分步热等静压处理增材制造GH4169高温镍基合金工艺示意图。
图2为利用本发明实施例1的分步热等静压处理后的显微组织图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
(1)用选区激光熔化技术制备GH4169镍基高温合金；
(2)在压力80MPa，温度900℃，时间2.5h的条件下进行第一次热等静压；在压力80MPa，温度700℃，时间9h的条件下进行第二次热等静压；
(3)将处理后的增材制造GH4169镍基高温合金空冷至室温，冷却速度为70℃/s。
通过扫描电子显微镜观察处理后的增材制造GH4169镍基高温合金，如图2所示，可以明显看出γ″和σ相的析出。
用线切割机将处理后的增材制造GH4169镍基高温合金切为块状样品和拉伸样品，将样品打磨抛光，测试致密度和力学性能，测试结果如表1所示。
实施例2
(1)用选区激光熔化技术制备GH4169镍基高温合金；
(2)在压力90MPa，温度800℃，时间3h的条件下进行第一次热等静压；在压力85MPa，温度700℃，时间9h的条件下进行第二次热等静压；
(3)将处理后的增材制造GH4169镍基高温合金空冷至室温，冷却速度为70℃/s。
用线切割机将处理后的增材制造GH4169镍基高温合金切为块状样品和拉伸样品，将样品打磨抛光，测试致密度和力学性能，测试结果如表1所示。
实施例3
(1)用选区激光熔化技术制备GH4169镍基高温合金；
(2)在压力80MPa，温度1000℃，时间3.5h的条件下进行第一次热等静压；在压力90MPa，温度720℃，时间10h的条件下进行第二次热等静压；
(3)将处理后的增材制造GH4169镍基高温合金空冷至室温，冷却速度为70℃/s。
用线切割机将处理后的增材制造GH4169镍基高温合金切为块状样品和拉伸样品，将样品打磨抛光，测试致密度和力学性能，测试结果如表1所示。
实施例4
(1)用选区激光熔化技术制备GH4169镍基高温合金；
(2)在压力80MPa，温度1050℃，时间3h的条件下进行第一次热等静压。在压力80MPa，温度740℃，时间8.5h的条件下进行第二次热等静压；
(3)将处理后的增材制造GH4169镍基高温合金空冷至室温，冷却速度为70℃/s。
用线切割机将处理后的增材制造GH4169镍基高温合金切为块状样品和拉伸样品，将样品打磨抛光，测试致密度和力学性能，测试结果如表1所示。
对比例1
用选区激光熔化制备GH4169镍基高温合金作为空白对照例。
用线切割机将处理后的增材制造GH4169镍基高温合金切为块状样品和拉伸样品，将样品打磨抛光，测试致密度和力学性能。
对比例2
(1)用选区激光熔化技术制备GH4169镍基高温合金；
(2)在压力80MPa，温度1020℃，时间4h的条件下进行热等静压处理；
(3)将处理后的增材制造GH4169镍基高温合金空冷至室温，冷却速度为70℃/s。
用线切割机将处理后的增材制造GH4169镍基高温合金切为块状样品和拉伸样品，将样品打磨抛光，测试致密度和力学性能，测试结果如表1所示。
对实施例1、2、3和对比例1、2进行物理性能测试，测试结果见表1。
表1各实施例中处理后的GH4169镍基高温合金测试结果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
硬度(HV) 435 455 460 480 375 410
抗拉强度(MPa) 1201 1217 1280 1310 994 1040
延伸率(％) 15.1 16.9 17.2 19.2 26 34
致密性(％) 98.1 98.7 99.2 98.5 97.5 98.1
由表1中的数据对比可知，经过分步热等静压后的高温镍基合金GH4169的硬度、致密度和抗拉强度有明显提升，塑性虽有所降低，但本发明方法优化了合金的综合性能。
本发明提供一种增材制造GH4169镍基高温合金分步热等静压方法，促进偏析元素的扩散，优化了组织结构，使组织相对均匀，提高了致密度和力学性能。经过分步热等静压处理后的增材制造GH4169高温镍基合金硬度、致密度和抗拉强度有明显提升。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种增材制造镍基高温合金分步热等静压方法，其特征在于：包括，
提供选区激光熔化技术制备的GH4169镍基高温合金；
于镍基高温合金的σ相析出温度T1下进行第一次热等静压；所述温度T1为900~1200℃；
于镍基高温合金的γ″相析出温度T2下进行第二次热等静压；所述温度T2为700~800℃。
2.如权利要求1所述的增材制造镍基高温合金分步热等静压方法，其特征在于：所述第一次热等静压，在压力P1、温度T1，时间超过2h的条件下进行；
其中，所述压力P1为80~120MPa。
3.如权利要求1或2所述的增材制造镍基高温合金分步热等静压方法，其特征在于：所述第二次热等静压，在压力P2、温度T2，时间超过8h的条件下进行；
其中，所述压力P2为80~120MPa。
4.如权利要求3所述的增材制造镍基高温合金分步热等静压方法，其特征在于：还包括，将处理后的GH4169镍基高温合金空冷至室温。
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