CN114951694A - NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法 - Google Patents
NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114951694A CN114951694A CN202210440202.2A CN202210440202A CN114951694A CN 114951694 A CN114951694 A CN 114951694A CN 202210440202 A CN202210440202 A CN 202210440202A CN 114951694 A CN114951694 A CN 114951694A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- combustion chamber
- nicr20tial
- percent
- alloy
- equal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 84
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 title abstract description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 13
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 11
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 claims description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 14
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 7
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/055—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 20% but less than 30%
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明提供一种NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，包括以下步骤：合金选取步骤：选取NiCr20TiAl合金粉末的粉末粒径和组成成分；打印准备步骤：将NiCr20TiAl合金粉末装入3D打印机的供粉仓内，调平并且预热基板；模型切片步骤：将船用燃烧室的三维模型在导入切片软件之后进行分层处理；激光成型步骤：设定成型仓内的氧含量、铺粉层厚、激光功率、扫描速度以及扫描间距，扫描策略为条形带扫描；表面处理步骤：去除支撑件，直至船用燃烧室的表面粗糙度达到预设出品标准。本发明能够缩短加工周期，有效减少产品缺陷的产生，提升产品的力学性能指标，从而达到船用燃烧室的应用要求。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法。
背景技术
近年来，随着国内外舰船制造业的发展，然而，船用燃烧室为异性复杂结构件，常规机加工方式实现局部扭曲结构存在难度，即传统制造方式对于内外形状复杂一体化结构的零部件有较大的局限性，还存在生产周期长，原材料利用率低，总装配精度不高等缺点。
此外，还没有厂家对NiCr20TiAl合金进行金属3D打印的相关研究。
因此，亟需一种新的增材制造方法，来代替传统锻造方法完成船用燃烧室的成形加工。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，基于船用燃烧室的结构以及NiCr20TiAl合金的特性，相较于传统铸造、锻造、机加工工艺，能够缩短加工周期，有效减少产品缺陷的产生，提升产品的力学性能指标，从而达到船用燃烧室的应用要求。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，包括以下步骤：
合金选取步骤：NiCr20TiAl合金粉末的粉末粒径为15-53μm，NiCr20TiAl合金的组成成分的质量百分比为：Cr:18-21％，Al:1.0-1.8％，Ti:1.8-2.7％，Co:≤2.0％，Fe:≤1.5％，Mn:≤0.4％，Si:≤0.8％，P:≤0.02％，Cu:≤0.2％，C:0.04-0.1％，S:≤0.015％，Ag:≤0.0005％，Pb:≤0.002％，B:≤0.008％，Bi：≤0.0001％，其余为Ni；
打印准备步骤：将NiCr20TiAl合金粉末装入3D打印机的供粉仓内，将用于承载3D打印产品的基板装入3D打印机的成型仓内，调平并且预热基板，基板的预热温度为80-150℃，在基板上预先铺置层厚为50μm的一层NiCr20TiAl合金粉末；
模型切片步骤：将船用燃烧室的三维模型在导入切片软件之后进行分层处理，导出每层所对应的二维图形，输入预设打印工艺参数；
激光成型步骤：成型仓内的氧含量为≤1000ppm，铺粉层厚为50μm，激光功率为100-300W，扫描速度为800-1200mm/s，扫描间距为0.08-1.2mm，扫描策略为条形带扫描，条形带的宽度为10mm，起始角度为57°，逐层旋转角度为67°；
表面处理步骤：去除船用燃烧室和基板之间的支撑件，随后对船用燃烧室进行表面喷砂处理，直至船用燃烧室的表面粗糙度达到预设出品标准。
优选地，所述激光成型步骤还包括：使激光根据预设扫描路径对NiCr20TiAl合金粉末进行选区熔化成型，每当完成一个打印层后，基板就下降50μm，继续在基板上铺置一层NiCr20TiAl合金粉末，重复选区熔化成型，直至完成全部打印层。
优选地，所述船用燃烧室包括燃烧室本体，燃烧室本体内设有依次连通的第一空腔、第二空腔以及第三空腔，第一空腔和第三空腔均朝外敞开。
优选地，所述第二空腔的轴线与第一空腔的轴线的夹角为17.9度，所述第三空腔的轴线与第一空腔的轴线的夹角为65.5度。
优选地，所述第一空腔、第二空腔以及第三空腔的容积依次逐渐变小。
优选地，所述基板由304不锈钢材料制成。
优选地，所述激光成型步骤还包括：向3D打印机的成型室内充入保护气体，所述成型仓位于成型室内。
优选地，所述NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法还包括产品检测步骤：通过金相显微镜观察打印试样的切割面。
优选地，所述NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法还包括试样拉伸步骤：对锻造试样和打印试样分别进行拉伸试验。
如上所述，本发明的NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，具有以下有益效果：合金选取步骤：NiCr20TiAl合金粉末的粉末粒径为15-53μm，NiCr20TiAl合金的组成成分的质量百分比为：Cr:18-21％，Al:1.0-1.8％，Ti:1.8-2.7％，Co:≤2.0％，Fe:≤1.5％，Mn:≤0.4％，Si:≤0.8％，P:≤0.02％，Cu:≤0.2％，C:0.04-0.1％，S:≤0.015％，Ag:≤0.0005％，Pb:≤0.002％，B:≤0.008％，Bi：≤0.0001％，其余为Ni；NiCr20TiAl合金的粉末粒径和组成成分如此选取，是为了考虑船用燃烧室的复杂结构和特殊应用场景，从而能够使成型的船用燃烧室更加致密化和均质化，有利于后续激光成型步骤和表面处理步骤减少船用燃烧室内部缺陷和提升打印样品力学性能。打印准备步骤：将NiCr20TiAl合金粉末装入3D打印机的供粉仓内，将用于承载3D打印产品的基板装入3D打印机的成型仓内，调平并且预热基板，基板的预热温度为80-150℃，在基板上预先铺置层厚为50μm的一层NiCr20TiAl合金粉末；对基板进行预热并且预先铺设粉末，有利于打印产品稳固地成型于基板。模型切片步骤：将船用燃烧室的三维模型在导入切片软件之后进行分层处理，导出每层所对应的二维图形，输入预设打印工艺参数；激光成型步骤：成型仓内的氧含量为≤1000ppm，铺粉层厚为50μm，激光功率为100-300W，扫描速度为800-1200mm/s，扫描间距为0.08-1.2mm，扫描策略为条形带扫描，条形带的宽度为10mm，起始角度为57°，逐层旋转角度为67°。采用选区激光熔化3D打印机实现NiCr20TiAl合金的3D打印成型，选区激光熔化3D打印机采用的选区激光熔化根据上述工艺参数直接将合金粉末在激光束的热作用下完全熔化并凝固成型为具有良好冶金结合和较高精度的金属零件，特别适合传统加工技术难以实现的复杂薄壁精密构件复杂薄壁精密构件的主要特点为薄壁、内腔复杂以及内流道弯曲的制造。与此同时，由于SLM技术特有的高冷却速率，在冷却过程中包含大范围的非平衡凝固现象，从而使得船用燃烧室的成型件组织细小致密、成分均匀、性能优异。表面处理步骤：去除船用燃烧室和基板之间的支撑件，随后对船用燃烧室进行表面喷砂处理，直至船用燃烧室的表面粗糙度达到预设出品标准。因此，本发明的NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法能够基于船用燃烧室的结构以及NiCr20TiAl合金的特性，相较于传统铸造、锻造、机加工工艺，能够缩短加工周期，有效减少产品缺陷的产生，提升产品的力学性能指标，从而达到船用燃烧室的应用要求。
附图说明
图1显示为本发明的NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法的流程图；
图2显示为船用燃烧室的剖视图；
图3显示为条形带扫描的逐层旋转示意图；
图4显示为通过金相显微镜观察到的打印试样的缺陷分布图。
元件标号说明
1 船用燃烧室
11 燃烧室本体
12 第一空腔
13 第二空腔
14 第三空腔
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，包括以下步骤：
合金选取步骤：NiCr20TiAl合金粉末的粉末粒径为15-53μm，NiCr20TiAl合金的组成成分的质量百分比为：Cr:18-21％，Al:1.0-1.8％，Ti:1.8-2.7％，Co:≤2.0％，Fe:≤1.5％，Mn:≤0.4％，Si:≤0.8％，P:≤0.02％，Cu:≤0.2％，C:0.04-0.1％，S:≤0.015％，Ag:≤0.0005％，Pb:≤0.002％，B:≤0.008％，Bi：≤0.0001％，其余为Ni；
打印准备步骤：将NiCr20TiAl合金粉末装入3D打印机的供粉仓内，将用于承载3D打印产品的基板装入3D打印机的成型仓内，调平并且预热基板，基板的预热温度为80-150℃，在基板上预先铺置层厚为50μm的一层NiCr20TiAl合金粉末；
模型切片步骤：将船用燃烧室1的三维模型在导入切片软件之后进行分层处理，导出每层所对应的二维图形，输入预设打印工艺参数；
激光成型步骤：成型仓内的氧含量为≤1000ppm，铺粉层厚为50μm，激光功率为100-300W，扫描速度为800-1200mm/s，扫描间距为0.08-1.2mm，扫描策略为条形带扫描，条形带的宽度为10mm，起始角度为57°，逐层旋转角度为67°；
表面处理步骤：去除船用燃烧室1和基板之间的支撑件，随后对船用燃烧室1进行表面喷砂处理，直至船用燃烧室1的表面粗糙度达到预设出品标准。
在本发明中，粉末材料选用NiCr20TiAl合金，NiCr20TiAl合金是以镍-铬为基体，并且添加铝、钛形成γ′相弥散强化的高温合金，在650～850℃之间具有良好的抗蠕变性能和抗氧化性能，该合金冷、热加工性能均良好，其主要产品有热轧、锻制棒、冷拉棒、热轧板、冷轧板、带材以及环形件等，是一款耐热性能和抗疲劳性能好的金属粉末。该合金可用于制造航空发动机的转子叶片、导向叶片支座、扇形件安装环、螺栓、叶片锁板等零部件。此外，也可用于制作汽车发动机的紧固件和叶片，以及火车用的气门和轴件。近年来，随着国内外舰船制造业的发展，该合金大量用于制造舰船发动机的阀门。γ′相是NiCr20TiAl中最主要的强化相，显著影响NiCr20TiAl合金的蠕变性。更为重要的是：NiCr20TiAl合金粉末材料没有应用于增材制造金属3D打印领域的先例，对于应用方向和材料性能的研究也未开展，没有现成的工艺和技术参考。
如图1、图2所示，基于此，本发明针对NiCr20TiAl合金粉末开发了较优的一套SLM工艺参数，使产品减少内部缺陷的产生，力学性能能够超过传统锻造件，从而满足船用燃烧室的应用需求。故本发明的NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，通过以下步骤，来制造有效减少内部缺陷产生、且极大提升力学性能指标的船用燃烧室1：
合金选取步骤：NiCr20TiAl合金粉末的粉末粒径为15-53μm，NiCr20TiAl合金的组成成分的质量百分比为：Cr:18-21％，Al:1.0-1.8％，Ti:1.8-2.7％，Co:≤2.0％，Fe:≤1.5％，Mn:≤0.4％，Si:≤0.8％，P:≤0.02％，Cu:≤0.2％，C:0.04-0.1％，S:≤0.015％，Ag:≤0.0005％，Pb:≤0.002％，B:≤0.008％，Bi：≤0.0001％，其余为Ni；NiCr20TiAl合金的粉末粒径和组成成分如此选取，是为了考虑船用燃烧室的复杂结构和特殊应用场景，从而能够使成型的船用燃烧室更加致密化和均质化，有利于后续激光成型步骤和表面处理步骤减少船用燃烧室1内部缺陷和提升打印样品力学性能。
打印准备步骤：将NiCr20TiAl合金粉末装入3D打印机的供粉仓内，将用于承载3D打印产品的基板装入3D打印机的成型仓内，调平并且预热基板，基板的预热温度为80-150℃，在基板上预先铺置层厚为50μm的一层NiCr20TiAl合金粉末；对基板进行预热并且预先铺设粉末，有利于打印产品稳固地成型于基板。
模型切片步骤：将船用燃烧室1的三维模型在导入切片软件之后进行分层处理，导出每层所对应的二维图形，输入预设打印工艺参数；
激光成型步骤：如图3所示，成型仓内的氧含量为≤1000ppm，铺粉层厚为50μm，激光功率为100-300W，扫描速度为800-1200mm/s，扫描间距为0.08-1.2mm，扫描策略为条形带扫描，条形带的宽度为10mm，起始角度为57°，逐层旋转角度为67°，即第n层为57°扫描，第n+1层为57+67＝124°扫描。采用选区激光熔化3D打印机实现NiCr20TiAl合金的3D打印成型，选区激光熔化3D打印机采用的选区激光熔化根据上述工艺参数直接将合金粉末在激光束的热作用下完全熔化并凝固成型为具有良好冶金结合和较高精度的金属零件，特别适合传统加工技术难以实现的复杂薄壁精密构件复杂薄壁精密构件的主要特点为薄壁、内腔复杂以及内流道弯曲的制造。与此同时，由于SLM技术特有的高冷却速率，在冷却过程中包含大范围的非平衡凝固现象，从而使得船用燃烧室1的成型件组织细小致密、成分均匀、性能优异。
表面处理步骤：去除船用燃烧室1和基板之间的支撑件，随后对船用燃烧室1进行表面喷砂处理，直至船用燃烧室1的表面粗糙度达到预设出品标准。
因此，本发明的NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法能够基于船用燃烧室的结构以及NiCr20TiAl合金的特性，相较于传统铸造、锻造、机加工工艺，能够缩短加工周期，有效减少产品缺陷的产生，提升产品的力学性能指标，从而达到船用燃烧室的应用要求。
上述激光成型步骤还包括：使激光根据预设扫描路径对NiCr20TiAl合金粉末进行选区熔化成型，每当完成一个打印层后，基板就下降50μm，继续在基板上铺置一层NiCr20TiAl合金粉末，重复选区熔化成型，直至完成全部打印层。
上述船用燃烧室1内腔复杂以及内流道弯曲，即上述船用燃烧室1包括燃烧室本体11，燃烧室本体11内设有依次连通的第一空腔12、第二空腔13以及第三空腔14，第一空腔12和第三空腔14均朝外敞开。
进一步的，上述第二空腔13的轴线与第一空腔12的轴线的夹角为17.9度，上述第三空腔14的轴线与第一空腔12的轴线的夹角为65.5度。
更进一步的，上述第一空腔12、第二空腔13以及第三空腔14的容积依次逐渐变小。
由于304不锈钢材料受热均匀，且具有比较不错的刚强度，上述基板由304不锈钢材料制成。
所述激光成型步骤还包括：向3D打印机的成型室内充入保护气体，所述成型仓位于成型室内。
如图4所示，所述NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法还包括产品检测步骤：通过金相显微镜观察打印试样的切割面。具体的，通过金相磨抛后，通过金相显微镜(放大倍数为50倍在观察范围内无较大气孔和缺陷区域，整体致密度至少99.99％。
所述NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法还包括试样拉伸步骤：对锻造试样和打印试样分别进行拉伸试验，其中，锻造试样和打印试样均可以经过热处理。
具体的，参考国标GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，上述打印试样的检测结果如下表所示：
上述锻造试样的检测结果如下表所示：
由于上述屈服强度近似等同于上述规定塑性延伸强度，因此，相较之下，打印试样的力学性能更加优异，说明较大程度地提高了上述船用燃烧室1的力学性能，性能优于通过锻造工艺制造的产品。
综上所述，本发明基于船用燃烧室的结构以及NiCr20TiAl合金的特性，相较于传统铸造、锻造、机加工工艺，能够缩短加工周期，有效减少产品缺陷的产生，提升产品的力学性能指标，从而达到船用燃烧室的应用要求。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
合金选取步骤：NiCr20TiAl合金粉末的粉末粒径为15-53μm，NiCr20TiAl合金的组成成分的质量百分比为：Cr:18-21％，Al:1.0-1.8％，Ti:1.8-2.7％，Co:≤2.0％，Fe:≤1.5％，Mn:≤0.4％，Si:≤0.8％，P:≤0.02％，Cu:≤0.2％，C:0.04-0.1％，S:≤0.015％，Ag:≤0.0005％，Pb:≤0.002％，B:≤0.008％，Bi：≤0.0001％，其余为Ni；
打印准备步骤：将NiCr20TiAl合金粉末装入3D打印机的供粉仓内，将用于承载3D打印产品的基板装入3D打印机的成型仓内，调平并且预热基板，基板的预热温度为80-150℃，在基板上预先铺置层厚为50μm的一层NiCr20TiAl合金粉末；
模型切片步骤：将船用燃烧室(1)的三维模型在导入切片软件之后进行分层处理，导出每层所对应的二维图形，输入预设打印工艺参数；
激光成型步骤：成型仓内的氧含量为≤1000ppm，铺粉层厚为50μm，激光功率为100-300W，扫描速度为800-1200mm/s，扫描间距为0.08-1.2mm，扫描策略为条形带扫描，条形带的宽度为10mm，起始角度为57°，逐层旋转角度为67°；
表面处理步骤：去除船用燃烧室(1)和基板之间的支撑件，随后对船用燃烧室(1)进行表面喷砂处理，直至船用燃烧室(1)的表面粗糙度达到预设出品标准。
2.根据权利要求1所述的NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，其特征在于：所述激光成型步骤还包括：使激光根据预设扫描路径对NiCr20TiAl合金粉末进行选区熔化成型，每当完成一个打印层后，基板就下降50μm，继续在基板上铺置一层NiCr20TiAl合金粉末，重复选区熔化成型，直至完成全部打印层。
3.根据权利要求1所述的NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，其特征在于：所述船用燃烧室(1)包括燃烧室本体(11)，燃烧室本体(11)内设有依次连通的第一空腔(12)、第二空腔(13)以及第三空腔(14)，第一空腔(12)和第三空腔(14)均朝外敞开。
4.根据权利要求3所述的NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，其特征在于：所述第二空腔(13)的轴线与第一空腔(12)的轴线的夹角为17.9度，所述第三空腔(14)的轴线与第一空腔(12)的轴线的夹角为65.5度。
5.根据权利要求3所述的NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，其特征在于：所述第一空腔(12)、第二空腔(13)以及第三空腔(14)的容积依次逐渐变小。
6.根据权利要求1所述的NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，其特征在于：所述基板由304不锈钢材料制成。
7.根据权利要求1所述的NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，其特征在于：所述激光成型步骤还包括：向3D打印机的成型室内充入保护气体，所述成型仓位于成型室内。
8.根据权利要求1所述的NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，其特征在于：所述NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法还包括产品检测步骤：通过金相显微镜观察打印试样的切割面。
9.根据权利要求1所述的NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法，其特征在于：所述NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法还包括试样拉伸步骤：对锻造试样和打印试样分别进行拉伸试验。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210440202.2A CN114951694A (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法 |
| CN202311286010.1A CN117448627A (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | NiCr20TiAl合金的船用燃烧室及SLM成型方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210440202.2A CN114951694A (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311286010.1A Division CN117448627A (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | NiCr20TiAl合金的船用燃烧室及SLM成型方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114951694A true CN114951694A (zh) | 2022-08-30 |
Family
ID=82979776
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210440202.2A Withdrawn CN114951694A (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法 |
| CN202311286010.1A Pending CN117448627A (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | NiCr20TiAl合金的船用燃烧室及SLM成型方法 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311286010.1A Pending CN117448627A (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | NiCr20TiAl合金的船用燃烧室及SLM成型方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (2) | CN114951694A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115921899A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-04-07 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种钛合金薄壁加强筋极高真空室的制作方法 |
-
2022
- 2022-04-25 CN CN202210440202.2A patent/CN114951694A/zh not_active Withdrawn
- 2022-04-25 CN CN202311286010.1A patent/CN117448627A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115921899A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-04-07 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种钛合金薄壁加强筋极高真空室的制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117448627A (zh) | 2024-01-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hosseini et al. | A review of mechanical properties of additively manufactured Inconel 718 | |
| CN107747019B (zh) | 一种Ni-Co-Cr-Al-W-Ta-Mo系高熵高温合金及其制备方法 | |
| CN105033255B (zh) | 一种利用激光3d打印技术直接获得马氏体模具钢的方法 | |
| CN111500898B (zh) | 镍基高温合金及其制造方法、部件和应用 | |
| CA2496093C (en) | Process for producing components or semi-finished products which contain intermetallic titanium aluminide alloys, and components producible by the process | |
| Wang et al. | Review on powder-bed laser additive manufacturing of Inconel 718 parts | |
| US20110286874A1 (en) | Sintered 17-4ph steel part and method for forming | |
| CN103088275A (zh) | 高温合金组件或配件的生产方法 | |
| CN108588498A (zh) | 一种镍基梯度材料及选区激光熔化法制备镍基梯度材料的方法 | |
| CN112004950B (zh) | 钴基合金制造物以及钴基合金物品 | |
| Ivanov et al. | Evolution of structure and properties of the nickel-based alloy EP718 after the SLM growth and after different types of heat and mechanical treatment | |
| CN113070488A (zh) | 一种提高马氏体时效钢强度和塑性的3d打印工艺方法 | |
| CN113305285A (zh) | 用于增材制造的镍基高温合金金属粉末 | |
| CN114951694A (zh) | NiCr20TiAl合金的船用燃烧室SLM成型方法 | |
| Agapovichev et al. | The investigation of microstructure and mechanical properties of tool steel produced by selective laser melting technology | |
| Wang et al. | Effect of substrate temperature on microstructure and mechanical properties of TiAl alloy fabricated using the twin-wire plasma arc additive manufacturing system | |
| CN113134627B (zh) | 高富镍NiTi合金的选择性激光熔化加工方法和应用 | |
| Montero-Sistiaga et al. | Fatigue performance of micro-crack free Hastelloy X produced by selective laser melting (SLM) | |
| CN113897516A (zh) | 镍基高温合金及其制备方法 | |
| Johnson et al. | Fatigue behavior and failure mechanisms of direct laser deposited Inconel 718 | |
| Zheng et al. | The Anisotropy of Mechanical Properties Response on Crystallographic Features of Gh5188 Superalloy Fabricated by Laser Powder Bed Fusion | |
| CN112095036B (zh) | 具有拉伸低各向异性的成形件、成形方法及其成形粉末 | |
| CN114799212A (zh) | 一种抑制激光增材制造镍基高温合金热裂纹的方法 | |
| Żaba et al. | Comparative analysis of properties and microstructure of the plastically deformed alloy Inconel® 718, manufactured by plastic working and Direct Metal Laser Sintering | |
| EP0957183A1 (en) | Heat treated spray formed superalloy articles and method of making the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Room 102, Building 10, No. 1211 Hongyin Road, Lingang New Area, China (Shanghai) Free Trade Pilot Zone, Pudong New Area, Shanghai, June 2013 Applicant after: SHANGHAI HANBANG UNITED 3D TECH Co.,Ltd. Address before: 201109 1st floor, building 30, 525 Yuanjiang Road, Minhang District, Shanghai Applicant before: SHANGHAI HANBANG UNITED 3D TECH Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20220830 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |