阅读说明：本技术 一种用于强化镍基高温合金零件混合成型方法 (Mixed forming method for reinforced nickel-based high-temperature alloy part ) 是由 于全成 兰亚洲 史见 于 2021-09-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于强化镍基高温合金零件混合成型方法,采用对待成形零件进行切片,将待成形零件的强化层与非强化层的切片分开,形成两个独立打印切片程序,形成两种不同层的打印程序,然后先对内部结构进行打印成形一个打印高度层,形成内部结构,然后对强化层进行打印成形一个打印高度层,交替打印直至整体零件成形,在零件需要加强的表层形成满足强度和耐磨性要求的零件表面结构,本发明方法简单,交替成形一个打印高度层,能够使加强层与内部零件形成良好的接触层,实现高温合金的表面增强,通过本发明的方法制备的表层增强制件,表面硬度提高20％,疲劳寿命提高15％。(The invention discloses a mixed forming method for a reinforced nickel-based high-temperature alloy part, which comprises the steps of slicing a part to be formed, separating a reinforced layer and a non-reinforced layer of the part to be formed into two independent printing and slicing procedures to form two printing procedures with different layers, printing and forming a printing height layer on an internal structure to form an internal structure, printing and forming the printing height layer on the reinforced layer, alternately printing until the whole part is formed, and forming a part surface structure meeting the requirements of strength and wear resistance on a surface layer of the part to be reinforced, wherein the method is simple, the printing height layer is alternately formed, a good contact layer can be formed between the reinforced layer and the internal part, the surface reinforcement of the high-temperature alloy is realized, the surface layer of the part prepared by the method is reinforced, the surface hardness is improved by 20 percent, the fatigue life is improved by 15 percent.)

一种用于强化镍基高温合金零件混合成型方法

技术领域

本发明属于高温合金制件制造技术领域，涉及一种用于强化镍基高温合金零件混合成型方法。

背景技术

鉴于材料自身的耐高温性能，镍基高温合金被广泛应用于航空发动机零部件的制备，特别是燃烧室和涡轮部件，90％的材料选用镍基高温合金材料。镍基高温合金在高温下仍具有很好的抗氧化性和耐蚀性。

为实现复杂的功能，航空发动机的很多零件单体结构都比较复杂，这就为加工制造增加了很大难度。3D打印技术的应用，为复杂零件的制造提供了一种新的方法。对于金属3D打印原材料主要选用零件所用材料的粉末，金属3D打印的工艺主要有SLM(选择性激光熔化成形)，SLS(选择性激光烧结)，激光熔覆(LC)，其中因SLM可成形更复杂的零件而应用最广泛。

目前采用激光选区熔化成形制备零件只能采用一种粉末，材料的属性决定了产品的最终能达到的性能极限，对于复杂零件，当内部复杂的表层需要更高的强度和耐磨性时，心部要求较低的强度和相对高的塑性，零件要求更高的疲劳性能，同时要求强化层材料基于零件本体材料，以及与零件基体结合良好；目前通过常规SLM打印方法完成后通过后处理无法实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于强化镍基高温合金零件混合成型方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于强化镍基高温合金零件混合成型方法，包括以下步骤：

S1，对待成形零件进行切片，将待成形零件的强化层与非强化层的切片分开，形成两个独立打印切片程序；

S2，先对内部结构的非强化层进行打印成形一个打印高度层，然后对强化层进行打印成形一个打印高度层；重复交替打印直至整体零件成形。

进一步的，非强化层成形采用GH3536合金粉末。

进一步的，强化层成形采用GH3536合金粉末金和TiC纳米粉末的混合粉末，GH3536合金粉末金和TiC纳米粉末质量比为0.1％～3％。

进一步的，GH3536合金粉末颗粒度为15～53μm。

进一步的，TiC纳米粉末颗粒度为10～60nm。

进一步的，非强化层打印过程中，扫描速率为800～1000mm/s，功率为220～320W，激光搭接间距0.1～0.12mm。

进一步的，强化层打印过程中，扫描速率为800～1000mm/s，功率230～350W，激光搭接间距0.09～0.12mm。

进一步的，强化层的厚度不大于3mm。

进一步的，非强化层和强化层交替打印过程中，铺粉前需要将上一次打印粉末清理干净。

进一步的，非强层与和强化层接触部分有小于0.2mm的烧结搭接区。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种用于强化镍基高温合金零件混合成型方法，采用对待成形零件进行切片，将待成形零件的强化层与非强化层的切片分开，形成两个独立打印切片程序，形成两种不同层的打印程序，然后先对内部结构进行打印成形一个打印高度层，形成内部结构，然后对强化层进行打印成形一个打印高度层，交替打印直至整体零件成形，在零件需要加强的表层形成满足强度和耐磨性要求的零件表面结构，本发明方法简单，交替成形一个打印高度层，能够使加强层与内部零件形成良好的接触层，通过本发明的方法制备的表层增强制件，表面硬度提高20％，疲劳寿命提高15％。

进一步的，非强化层成形采用GH3536合金粉末，强化层成形采用GH3536合金粉末金和TiC纳米粉末的混合粉末，实现高温合金的表面增强，且成型工艺参数接近并不相同，能够在成形一个高度时间内进行有效的结合，大大提高了零件表层增强效果。

进一步的，非强化层打印过程中和强化层打印过程中，功率接近但不相同，有利于交替进行打印，避免设备大功率切换造成的误差。

附图说明

图1为本发明实施例中待成型零件的结构示意图。

其中，1、内表层；2、外表层；3、零件心部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

一种用于强化镍基高温合金零件混合成型方法，包括以下步骤：

S1，对待成形零件进行切片，将待成形零件的强化层与非强化层的切片分开，形成两个独立打印切片程序；

S2，先对内部结构进行打印成形一个打印高度层，然后对强化层进行打印成形一个打印高度层；重复交替打印直至整体零件成形。

非强化层成形采用GH3536合金粉末成形；

强化层成形采用GH3536合金粉末金和TiC纳米粉末的混合粉末，GH3536合金粉末金和TiC纳米粉末质量比为0.1％～3％。

混合粉末采用行星球磨机将GH3536合金粉末金和TiC纳米粉末混合均匀。

GH3536合金粉末颗粒度为15～53μm，TiC纳米粉末颗粒度为10～60nm。

非强化层打印过程中，扫描速率为800～1000mm/s，功率为220～320W，激光搭接间距0.1～0.12mm；

强化层打印过程中，扫描速率为800～1000mm/s，功率230～350W，激光搭接间距0.09～0.12mm；

实施例，如图1所示零件，外表层2和内表层1均需要强化，零件心部3采用镍基高温合金粉粉末成型，具体包括以下步骤：

S1，称取足量的GH3536/TiC组合粉末和镍基高温合金粉，分别装入两个独立的铺粉装置中，本申请采用设有混合粉末装置的SLM激光选区熔化成形设备；SLM激光选区熔化成形设备连接有粉末清扫装置；

S2，采用三维软件对零件模型进行工艺设计，提取需要强化的表层模型，需要强化的表层厚度不大于3mm；

S3，将零件模型进行切片剖分，需要强化的表层和其它区域独立剖分，形成两套可打印程序；

S4，将切片程序导入SLM激光选区熔化成形设备；

S5，启动设备进行金属零件打印成形，先对非强化区域进行铺粉成形；刮粉系统铺设一层GH3536粉末，启动激光电源，选择性烧结零件非强化区域；扫描速率800～1000mm/s，功率220～320W，激光搭接间距0.1～0.12mm；

S6，刮粉系统清扫装置启动，往复2～3次运动，将已打印零件表面区域的粉末清理干净；

S7，刮粉系统铺设一层GH3536/TiC组合粉末，采用激光烧结需要强化的表层区域；扫描速率800～1000mm/s，功率230～350W，激光搭接间距0.09～0.12mm；

S8，刮粉系统清扫装置启动，往复2～3次运动，将已打印零件表面区域的粉末清理干净；

S9，刮粉系统铺设一层GH3536粉末，激光选择性烧结零件非强化区域。

步骤10重复步骤6至9，直至整个零件打印完成。

所述的零件模型经过工艺优化，提取需要强化的表层模型，强化层厚度小于3mm。强化层模型和其他非强化层模型组合形成零件原始模型状态。

激光选择性烧结时，非强层与和强化层接触部分有小于0.2mm的烧结搭接区。

本发明通过所述的方法制备的表层增强制件，疲劳寿命提升15％以上。

本发明提供一种基于微+纳米增强的镍基高温合金制备方法，通过改进型SLM设备制备心部为软的基体材料，复杂型腔内部或局部为微+纳米强化材料的金属制件，实现高温合金的表面增强。通过本发明的方法制备的表层增强制件，表面硬度提高20％，疲劳寿命提高15％。

本发明的上述实施方式并不受上述实施例的限制，其它任何未违背本发明的精神实质与原理所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。