一種GTD-450燃氣輪機壓氣機葉片的增材製造及組織調控方法與流程

2023-06-22 20:58:18

一種gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片的增材製造及組織調控方法
技術領域
1.本發明涉及金屬雷射增材製造技術領域，更確切地說，它涉及一種gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片的增材製造及組織調控方法。


背景技術：

2.gtd-450是一種新型的析出強化馬氏體不鏽鋼，具有較高的強度以及塑韌性，已廣泛應用於燃氣輪機的壓氣機葉片等結構件。gtd-450壓氣機葉片通常是採用鍛造坯料機加工生產，在葉片設計開發或機組搶修需要小批量快速製造特定葉型的葉片時，傳統機加工的方法存在諸多不便。
3.增材製造是一種新型的製造方法，在複雜構件成型能力以及小批量快速製造靈活性等方面相較於傳統機加工具有顯著優勢。採用增材製造方法，可在短時間內快速製造各種葉型的葉片，從而滿足葉片設計開發或機組搶修時對葉片進行快速替換的迫切需求，未來應用潛力巨大。
4.基於粉末床的雷射選區熔化增材製造方法，非常適合於製造gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片。然而，前期研究發現雷射選區熔化增材製造的gtd-450顯微組織各向異性且存在孔隙缺陷(粉末未完全熔化引起)，若直接使用存在局部快速失效的可能，因此需要探索一種改善gtd-450增材製造部件顯微組織及力學性能的方法


技術實現要素：

5.本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供了一種gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片的增材製造及組織調控方法，通過熱等靜壓+熱處理方法調控gtd-450沉積態組織，達到消除孔洞缺陷、改善組織並提升綜合力學性能的目的。
6.第一方面，提供了一種gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片的增材製造及組織調控方法，包括：
7.步驟1、採用氣霧化法將gtd-450棒料製備成粒徑≤53μm，球形度≥0.9的合金粉末，並採用雷射選區熔化技術進行增材製造，獲取gtd-450葉片部件；
8.步驟2、將gtd-450葉片部件進行熱等靜壓處理；
9.步驟3、將熱等靜壓後的gtd-450葉片部件進行熱處理。
10.作為優選，步驟1中，所述合金粉末的化學成分為：0.025％-0.050％c；0.30％-0.59％si；0.22％-0.55％mn；0.011％-0.020％p；0.0018％-0.0024％s；14.43％-14.91％cr；6.47％-6.72％ni；0.58％-0.83％mo；0.33％-0.50％nb；1.37％-1.63％cu；0.020％-0.031％v；0.019％-0.023％n；餘量為fe。
11.作為優選，步驟1中，所述合金粉末的粒徑範圍為20-53μm。
12.作為優選，步驟1中，所述雷射選區熔化技術進行gtd-450葉片部件的增材製造的工藝參數為：雷射功率65-155w，掃描速度300-1000mm/s，掃描間距0.06-0.2mm，鋪粉層厚
0.02-0.04mm。
13.作為優選，步驟2中，所述熱等靜壓處理包括：將沉積態葉片部件放入熱等靜壓設備中進行緻密化處理，隨爐升溫至1160
±
10℃，壓力為160
±
3mpa，保溫3h後隨爐冷卻。
14.作為優選，步驟3中，所述熱處理，包括：將熱等靜壓後的gtd-450葉片部件放入熱處理爐，隨爐升溫至1038
±
10℃，保溫40min後油淬，然後隨爐升溫至577
±
5℃，保溫4h後空冷。
15.第二方面，提供了一種如第一方面任一所述增材製造及組織調控方法所獲取的gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片。
16.本發明的有益效果是：
17.1.本發明所製造的gtd-450葉片部件抗拉強度rm≥965mpa，屈服強度r
p0.2
≥827mpa，斷後伸長率a
50mm
≥16％，具有優異的綜合力學性能，可替代鍛造件使用。
18.2.本發明提出了gtd-450增材製造葉片的組織調控方法，採用特定的熱等靜壓+熱處理工藝參數，能夠顯著降低孔隙率，消除各向異性，得到均勻細密的馬氏體組織。
附圖說明
19.圖1為本發明中的gtd-450合金粉末的微觀形貌示意圖；
20.圖2為本發明中的gtd-450葉片部件沉積態的金相組織示意圖；
21.圖3為本發明中的gtd-450葉片部件熱等靜壓+熱處理態的金相組織示意圖。
具體實施方式
22.下面結合實施例對本發明做進一步描述。下述實施例的說明只是用於幫助理解本發明。應當指出，對於本技術領域的普通人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。
23.作為一種實施例，本申請提供了一種gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片的增材製造及組織調控方法，包括：
24.步驟1、採用氣霧化法將gtd-450棒料製備成粒徑≤53μm，球形度≥0.9好的合金粉末，並採用雷射選區熔化技術進行增材製造，獲取gtd-450葉片部件；
25.步驟2、將gtd-450葉片部件進行熱等靜壓處理；
26.步驟3、將熱等靜壓後的gtd-450葉片部件進行熱處理。
27.步驟1中，合金粉末的化學成分為：0.025％-0.050％c；0.30％-0.59％si；0.22％-0.55％mn；0.011％-0.020％p；0.0018％-0.0024％s；14.43％-14.91％cr；6.47％-6.72％ni；0.58％-0.83％mo；0.33％-0.50％nb；1.37％-1.63％cu；0.020％-0.031％v；0.019％-0.023％n；餘量為fe。
28.步驟1中，如圖1所示，合金粉末的粒徑範圍為20-53μm。
29.步驟1中，雷射選區熔化技術進行gtd-450葉片部件的增材製造的工藝參數為：雷射功率135w，掃描速度800mm/s，掃描間距0.06mm，鋪粉層厚0.02mm。gtd-450沉積態葉片樣品的金相組織如圖2所示。
30.步驟2中，熱等靜壓處理包括：將沉積態葉片部件放入熱等靜壓設備中進行緻密化處理，隨爐升溫至1160
±
10℃，壓力為160
±
3mpa，保溫3h後隨爐冷卻。
31.步驟3中，熱處理，包括：將熱等靜壓後的gtd-450葉片部件放入熱處理爐，隨爐升溫至1038
±
10℃，保溫40min後油淬，然後隨爐升溫至577
±
5℃，保溫4h後空冷。gtd-450熱處理態葉片部件的金相組織如圖3所示。
32.採用上述方案所製造的gtd-450熱處理態葉片部件的力學性能如表1所示。
33.表1
[0034][0035]
需要說明的是，水平方向是與基板平面平行的方向，垂直方向是與基板平面垂直的方向。


技術特徵：
1.一種gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片的增材製造及組織調控方法，其特徵在於，包括：步驟1、採用氣霧化法將gtd-450棒料製備成粒徑≤53μm，球形度≥0.9的合金粉末，並採用雷射選區熔化技術進行增材製造，獲取gtd-450葉片部件；步驟2、將gtd-450葉片部件進行熱等靜壓處理；步驟3、將熱等靜壓後的gtd-450葉片部件進行熱處理。2.根據權利要求1所述的gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片的增材製造及組織調控方法，其特徵在於，步驟1中，所述合金粉末的化學成分為：0.025％-0.050％c；0.30％-0.59％si；0.22％-0.55％mn；0.011％-0.020％p；0.0018％-0.0024％s；14.43％-14.91％cr；6.47％-6.72％ni；0.58％-0.83％mo；0.33％-0.50％nb；1.37％-1.63％cu；0.020％-0.031％v；0.019％-0.023％n；餘量為fe。3.根據權利要求2所述的gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片的增材製造及組織調控方法，其特徵在於，步驟1中，所述合金粉末的粒徑範圍為20-53μm。4.根據權利要求3所述的gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片的增材製造及組織調控方法，其特徵在於，步驟1中，所述雷射選區熔化技術進行gtd-450葉片部件的增材製造的工藝參數為：雷射功率65-155w，掃描速度300-1000mm/s，掃描間距0.06-0.2mm，鋪粉層厚0.02-0.04mm。5.根據權利要求4所述的gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片的增材製造及組織調控方法，其特徵在於，步驟2中，所述熱等靜壓處理包括：將沉積態葉片部件放入熱等靜壓設備中進行緻密化處理，隨爐升溫至1160
±
10℃，壓力為160
±
3mpa，保溫3h後隨爐冷卻。6.根據權利要求5所述的gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片的增材製造及組織調控方法，其特徵在於，步驟3中，所述熱處理，包括：將熱等靜壓後的gtd-450葉片部件放入熱處理爐，隨爐升溫至1038
±
10℃，保溫40min後油淬，然後隨爐升溫至577
±
5℃，保溫4h後空冷。7.一種如權利要求1至6任一所述增材製造及組織調控方法所獲取的gtd-450燃氣輪機壓氣機葉片。

技術總結
本發明涉及一種GTD-450燃氣輪機壓氣機葉片的增材製造及組織調控方法，包括：採用氣霧化法將GTD-450棒料製備成合金粉末，並採用雷射選區熔化技術進行增材製造，獲取GTD-450葉片部件；將GTD-450葉片部件進行熱等靜壓處理和熱處理。本發明的有益效果是：本發明採用特定的熱等靜壓+熱處理工藝參數，能夠顯著降低孔隙率，消除各向異性，得到均勻細密的馬氏體組織。組織。組織。


技術研發人員：鮑聽 樓玉民 趙寧寧 周梵 崔益民 楊海鷗 楊文哲 張章軍 林康
受保護的技術使用者：浙江浙能技術研究院有限公司
技術研發日：2022.12.27
技術公布日：2023/3/28