CN1883852A - 一种镍基合金粉末激光熔覆烧结成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光快速成型技术领域,涉及对镍基合金粉末的激光熔覆烧结成型方法的改进。本发明的步骤是:选择镍铜锡合金粉末为烧结材料;编制加工程序;烧结成型,所用的工艺参数为:激光功率为1000~1300W、扫描速度300~400mm/min、离焦量15~25mm,送粉转速为15~25r/min。本发明方法,成型零件的合金成分偏析少、组织致密均匀。解决了选区激光烧结快速成型中的合金成分偏析、组织不均匀的问题。
Description
技术领域
本发明属于激光快速成型技术领域,涉及对镍基合金粉末的激光熔覆烧结成型方法的改进。
背景技术
《焊接学报》2005年第2期发表的:“Ni-Cu-Sn混合粉末选区激光烧结试验”一文中,介绍了有关利用选区激光烧结法制备镍基合金零件的工艺。其工艺过程是:(1)Ni粉和9CulSn粉按7∶3的比例放入旋转混粉设备,将粉末混合;(2)采用较低的功率(100-700瓦)在选择性激光烧结(SLS)成型机上将粉末烧结成形。试验结果发现,尽管粉末可以烧结成形,但球化现象与烧结收缩现象严重,由于热应力使零件发生了翘曲,影响了制件的最终性能。此外,采用这种混合粉末的方式,由于受粉末密度、形貌的影响以及熔点的差异,容易在激光烧结过程中出现合金成份偏析、组织不均匀的问题,影响最终制件的性能。由于采用的是铺粉方式,所以不管使用哪种形式的粉末,激光烧结后的金属零件的密度都较低,实际获得的只是一种多孔隙金属零件,其强度较低,欲提高零件的强度,必须通过后处理工序,如浸渗树脂、低熔点金属,或进行热等静压处理。但这些后处理工序会改变金属零件的性能和精度,同时失去了快速成形技术的特点。
发明内容
本发明的目的是:提供一种镍基合金粉末的激光快速成型烧结方法,以解决选区激光烧结快速成型中的合金成份偏析、组织不均匀的问题。本发明的技术方案是:一种镍基合金粉末激光熔覆烧结成型方法,基于一个由四轴联动数控工作台、激光器、反射镜、粉末喷嘴、送粉器和计算机组成的激光熔覆烧结成型装置,其特征在于,
(1)选择烧结材料;为镍铜锡合金粉末,其成分及制备方法详见专利申请200510011864.4,合金粉末的平均粒径为100~150μm;
(2)编制加工程序;在计算机中生成被成型零件的三维CAD模型,利用切片软件将三维CAD模型转换成一系列与激光照射方向垂直的二维平面模型,二维平面模型之间的间隔是1~2mm,并将二维平面模型的数据转换成数控加工命令,控制激光熔覆烧结成型装置的工作过程;
(3)烧结成型;将基体零件固定在四轴联动数控工作台上,打开激光器和送粉器进行同轴送粉,在计算机控制下开始烧结,所用的工艺参数如下:烧结选用激光功率为1000~1300W、扫描速度300~400mm/min、离焦量15~25mm,送粉转速为15~25r/min。
本发明的优点是:采用本发明的烧结成型工艺方法,成型零件的合金成份偏析少、组织致密均匀。同时,本发明制造速度快、成型形状自由、成型件结构致密。
附图说明
图1是本发明的激光熔覆成型工艺示意图。
具体实施方式
本发明采用激光熔覆成型技术,其原理是在计算机中生成零件的三维CAD模型,利用切片软件将三维信息转换成一系列的二维信息,并将数据转换成数控加工命令,控制激光加工设备完成制作过程。在此过程中,采用同轴送粉装置送粉,在激光辐照的作用下形成激光熔池,用气体将材料粉末送入熔池并使之熔化,形成与底层冶金结合的新烧结层。重复这些过程,可以形成结构致密均匀的烧结件。本发明的成型方法,基于一个由四轴联动数控工作台、激光器、反射镜、粉末喷嘴、送粉器和计算机组成的激光熔覆烧结成型装置,激光器为HJ-4型5千瓦横流CO2激光器,使用DPSF-3型送粉器进行同轴送粉,在LMC-3型四轴数控工作台上进行烧结。工作台的X、Y、Z轴的位移以及转动均由计算机程序精确控制。本发明的步骤是:
一种镍基合金粉末激光熔覆烧结成型方法,基于一个由四轴联动数控工作台、激光器、反射镜、粉末喷嘴、送粉器和计算机组成的激光熔覆烧结成型装置,其特征在于,
(1)选择烧结材料;为镍铜锡合金粉末,其成分及制备方法详见专利申请200510011864.4,合金粉末的平均粒径为100~150μm。
(2)编制加工程序;在计算机中生成被成型零件的三维CAD模型,利用切片软件将三维CAD模型转换成一系列与激光照射方向垂直的二维平面模型,二维平面模型之间的间隔是1~2mm,并将二维平面模型的数据转换成数控加工命令,控制激光熔覆烧结成型装置的工作过程。
(3)烧结成型;将基体零件固定在四轴联动数控工作台上,打开激光器和送粉器进行同轴送粉,在计算机控制下开始烧结,所用的工艺参数如下:烧结选用激光功率为1000~1300W、扫描速度300~400mm/min、离焦量15~25mm,送粉转速为15~25r/min。扫描速度指数控工作台的移动速度,可由计算机程序直接控制。
实施例
采用30mm×40mm×50mm的45#钢作为基体。使用平均粒径为100μm~150μm的镍铜锡合金粉末。
实施例1:烧结50mm×4mm×40mm薄壁墙
烧结工艺为:使用平均粒径为100μm的镍铜锡合金粉末。激光功率设定为1150W,离焦量20mm,送粉转速20r/min。分别用300mm/min、350mm/min、400mm/min的扫描速度烧结三个50mm×4mm×40mm薄壁墙样品。在计算机中生成薄壁墙的三维CAD模型50mm×4mm×40mm,利用切片软件将三维CAD模型转换成20个与激光照射方向垂直的二维平面模型50mm×4mm,并将二维平面模型的数据转换成数控加工命令,控制激光熔覆烧结成型装置的工作过程。烧结出的样品组织均为致密、均匀、无宏观偏析。进一步研究表明,当扫描速度为300mm/min时,激光光斑作用处与成形基体之间的温度梯度较大,枝晶组织跨层生长为外延式枝晶,生长方向一致,层与层之间的界面不明显,保证了各层之间整体的结合强度和组织在生长方向上的连续性。而扫描速度为350mm/min时组织最为致密。
实施例2:烧结Φ30mm×2mm×40mm的薄壁圆筒
烧结工艺为:使用平均粒径为125μm的镍铜锡合金粉末。利用切片软件将三维CAD模型转换成40个与激光照射方向垂直的二维平面模型,烧结过程中,扫描速度固定为350mm/min,离焦量为20mm,送粉转速为20r/min,在上述条件下,分别用1000W和1150W、1300W的激光功率,烧结出三个Φ30mm×2mm×40mm的薄壁圆筒样品。结果表明,样品组织都比较致密。而激光功率为1150W时,样品层与层间为冶金结合,组织最致密,未发现气孔和裂纹。
实施例3:烧结30mm×30mm×20mm的薄壁方筒
烧结工艺为:使用平均粒径为150μm的镍铜锡合金粉末。利用切片软件将三维CAD模型转换成10个与激光照射方向垂直的二维平面模型,烧结过程中,扫描速度固定为350mm/min,激光功率设定为1150W,送粉转速为20r/min。在上述条件下,分别用15mm、20mm和25mm的离焦量烧结三个30mm×30mm×20mm的薄壁方筒。结果表明,样品组织均比较致密、均匀。相比较而言,离焦量为20mm时,枝晶组织最为细长、均匀、生长方向一致。
实施例4:烧结60mm×20mm×20mm的长方体
烧结工艺为:使用平均粒径为100μm的镍铜锡合金粉末。利用切片软件将三维CAD模型转换成20个与激光照射方向垂直的二维平面模型,烧结过程中,设定扫描速度为350mm/min,激光功率为1150W,离焦量20mm。在上述条件下,用15、20、25r/min不同的送粉转速烧结三个50mm×4mm×40mm的薄壁墙样品。结果表明,样品组织均很致密,在20r/min时的枝晶组织最为细长、均匀。
Claims (1)
1、一种镍基合金粉末激光熔覆烧结成型方法,基于一个由四轴联动数控工作台、激光器、反射镜、粉末喷嘴、送粉器和计算机组成的激光熔覆烧结成型装置,其特征在于,
(1)选择烧结材料;为镍铜锡合金粉末,其成分及制备方法详见专利申请200510011864.4,合金粉末的平均粒径为100~150μm;
(2)编制加工程序;在计算机中生成被成型零件的三维CAD模型,利用切片软件将三维CAD模型转换成一系列与激光照射方向垂直的二维平面模型,二维平面模型之间的间隔是1~2mm,并将二维平面模型的数据转换成数控加工命令,控制激光熔覆烧结成型装置的工作过程;
(3)烧结成型;将基体零件固定在四轴联动数控工作台上,打开激光器和送粉器进行同轴送粉,在计算机控制下开始烧结,所用的工艺参数如下:烧结选用激光功率为1000~1300W、扫描速度300~400mm/min、离焦量15~25mm,送粉转速为15~25r/min。
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