通過SLM生產由γ＇沉澱強化鎳基超合金製成的物品的過程的製作方法

2023-06-05 23:00:51

專利名稱：通過SLM生產由γ＇沉澱強化鎳基超合金製成的物品的過程的製作方法
技術領域：
本發明涉及藉助選擇性雷射熔融(SLM)生產三維物品的技術。它指通過選擇性雷射熔融(SLM)生產由Y 』沉澱強化鎳基超合金製成的無裂紋且緻密的三維物品的過程。
背景技術：
具有超過約5wt._%組合分數的Al和Ti的Gamma-prime ( Y ')沉澱強化鎳基超合金因為它們的微裂紋敏感性而已知為非常難以焊接。在下列文件中:B.Geddes, H.Leon, X.Huang:Superalloys, Alloying andperformance, ASM International 2010, 71-72頁，作者將超合金的可焊性線近似描述為[兩倍的Al濃度(wt.-%) +Ti濃度(wt.%) ]〈6.0，這意味著具有超過6wt.-%的[2A1(wt.-%) +Ti (wt.-%)]的Ni基超合金限定為難以焊接材料。凝固和晶界液化開裂在焊接過程期間發生，而焊後熱處理通常在Y丨Ni3(Al，Ti)沉澱強化合金中導致應變時效裂紋。因此，至今，主要是固溶強化(例如IN625)或具有低量的Al和Ti (例如1η718)的Y 』強化的鎳基超合金可以由SLM處理。在難以焊接Y '沉澱強化鎳基超合金的常見過程方法中，粉末床被加熱到升高溫度來降低由焊接過程產生的殘餘應力。但是，在可以從粉末床中移走成品零件之前，它必須冷卻到環境溫度。由於粉末床的低導熱性，粉末床的加熱和冷卻需要許多時間，這導致SLM過程的生產率明顯降低。此外，需要昂貴的加熱設備和隔離以及過程室的改造。下列文獻涉及這 些技術和問題:
權利要求
1.一種用於通過選擇性雷射熔融SLM生產由Y 』沉澱強化鎳基超合金製成的無裂紋且緻密的三維物品的過程，所述超合金包括超過6wt.-%的[2A1 (wt.-%) +Ti (wt.-%)],所述過程包括以下步驟: a)提供具有SLM控制單元(19)的SLM設備(10)； b)提供具有計算的橫截面的所述物品的三維切片模型(SM)，所述三維切片模型(SM)被傳到並且存儲在所述SLM控制單元(19)中； c)準備所述SLM過程所需要的所述Y丨沉澱強化鎳基合金材料的粉末； d)在所述SLM設備(10)的襯底板(13)上或在之前處理的粉末層(14)上準備具有規則且均勻厚度的粉末層(18)； e)根據存儲在所述控制單元(19)中的所述三維切片模型(SM)，通過用聚焦雷射束(17)掃描對應於所述物品的橫截面的區域而熔融所述準備的粉末層(18)； f)將所述襯底板(13)下降一個層厚度； g)重複步驟d)至f)直到根據三維切片模型(SM)達到最後的橫截面； 其中對於所述熔融步驟e)，調整所述聚焦雷射束(17)的掃描速度、雷射功率以及焦斑(20)的聚焦直徑(d )來獲得熱耗散焊接。
2.按權利要求1所述的過程，其特徵在於，採用脈衝模式的雷射源(15)用於所述熔融步驟e)並且調整脈衝頻率來獲得熱耗散焊接。
3.按權利要求1或2所述的過程，其特徵在於，調整所述雷射功率、所述焦斑(20)的聚焦直徑(d)、掃描速度以及如果適用的話還調整所述聚焦雷射束(17)的脈衝頻率，使得所述熱耗散焊接導致小於0.5、優選地在0.3和0.1之間的深度(h)對寬度(w)的焊縫(21)縱橫比。
4.按權利要求1-3中的任一項所述的過程，其特徵在於，所述聚焦直徑(d)的所述調整通過使用特定聚焦設備(16)而進行。
5.按權利要求1-3中的任一項所述的過程，其特徵在於，所述聚焦直徑(d)的所述調整通過使所述襯底板(13)移位而進行。
6.按權利要求1-5中的任一項所述的過程，其特徵在於，關於所述粉末層(18)的厚度調整所述粉末的顆粒大小分布，使得它導致準備具有規則且均勻厚度的粉末層所必需的良好的流動性和>60%的堆密度並且減少收縮效應。
7.按權利要求6所述的過程，其特徵在於，精確的顆粒大小分布通過篩選和/或風選(空氣分離)而獲得。
8.按權利要求1-7中的任一項所述的過程，其特徵在於，所述粉末通過氣體霧化或等離子體旋轉電極過程而獲得。
9.按權利要求1-7中的任一項所述的過程，其特徵在於，所述Y丨沉澱強化鎳基超合金由以下組成:
10.按權利要求1-9中的任一項所述的過程，其特徵在於，在保護氣體氣氛中進行所述步驟d)至g)。
11.按權利要求10所述的過程，其特徵在於，所述保護氣體氣氛包括氮氣或氬氣，或用於建立還原氣氛的另一個適合的氣體。
12.按權利要求1-11中的任一項所述的過程，其特徵在於，冷卻所述襯底板(13)來將過程熱傳導走並且由此減少所述焊縫(21)凝固所需要的時間。
13.按權利要求1-12中的任一項所述的過程，其特徵在於，在所述熔融步驟e)之前，進行預熔融步驟來使所述粉末層(18)的粉末鬆散地熔融或預燒結在一起並且所述熔融步驟e)隨後將使所述粉末層(18)緻密來獲得緻密的三維物品。
14.按權利要求1-12中的任一項所述的過程，其特徵在於，後熱處理應用於所述物品以在所述三維物品建立後進一步優化微觀結構。
15.按權利要求14所述的過程，其特徵在於，所述熱處理是熱等靜壓(HIP)。
全文摘要
本公開涉及通過SLM生產由γ＇沉澱強化鎳基超合金製成的物品的過程。該過程包括a)提供具有SLM控制單元的SLM設備；b)提供具有計算的橫截面的物品的三維切片模型，其被傳到且存儲在SLM控制單元中；c)準備γ＇沉澱強化鎳基合金材料的粉末；d)在SLM設備的襯底板上或在之前處理的粉末層上準備具有規則且均勻厚度的粉末層；e)根據三維切片模型，通過用聚焦雷射束掃描對應於物品的橫截面的區域而熔融準備的粉末層；f)將襯底板下降一個層厚度；g)重複步驟d)至f)直到達到最後的橫截面；其中對於熔融步驟e)，調整聚焦雷射束的掃描速度、雷射功率以及焦斑的聚焦直徑來獲得熱耗散焊接。
文檔編號C22C19/05GK103084573SQ201210435168
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月5日 優先權日2011年11月4日
發明者L.E.裡肯巴歇爾, A.B.施皮林格斯 申請人:阿爾斯通技術有限公司