CN108941560A - 一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法 - Google Patents

一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，属于增材制造及高温合金领域。本发明针对高Al、Ti含量(Al+Ti＞5％)的Renè104镍基高温合金激光增材制造易产生裂纹的问题，通过设计激光成形参数和分区扫描策略，抑制了成形件内部大尺寸裂纹的产生；再采用去应力退火完全消除成形件内部的残余应力；采用放电等离子烧结处理，消除了成形件内部的裂纹，并抑制了烧结过程中晶粒的长大。本发明首次提出采用激光增材得到成形件后，结合去应力退火和放电等离子烧结处理，消除成形件内部裂纹的方案。使用该方法，制备高Al、Ti含量的Renè104镍基高温合金，成形件内未见裂纹，其室温抗拉强度可达1300MPa以上。

Description

一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法
技术领域
本发明提供一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，属 于增材制造及高温合金领域。
背景技术
镍基高温合金在600℃以上高温保持优异的抗屈服能力，抗疲劳能力、抗蠕 变能力以及抗腐蚀能力，广泛应用于航空航天、能源动力、交通运输和核电工 业等领域，特别是航空发动机、火箭发动机和燃气轮机等的关键热端部件。由 于镍基高温合金含有大量难熔合金元素，粉末成形困难，变形加工难度大，制 造工序繁琐，工艺复杂等问题，特别是形状复杂的零件，严重制约了镍基高温 合金的应用。
激光增材制造技术也叫激光3D打印，采用激光作为热源通过熔化金属粉末 来逐层叠加，可以成形任意几何形状的实体，在复杂形状镍基高温合金的制备 领域具有独特的优势。但是，激光增材制造热梯度大、反复重熔，导致成形件 残余应力大，易产生开裂，特别是具有高Al、Ti含量、焊接性能差的镍基高温 合金，容易在成形过程中产生裂纹，严重降低成形件的力学性能。因此，如何 控制镍基高温合金激光增材制造裂纹的形成，成为实现激光增材制造镍基高温 合金应用的关键。
针对上述问题，国内外进行了探索性的研究。中国专利(CN104785778A) 公开了一种高温合金零件的激光增材制造工艺，采用高功率激光束按照预先规 划的扫描路径逐层熔化堆积高温合金粉末，制造出高温合金零件。激光增材制 造工艺过程中，采用应力控制方法，即在激光增材制造过程中引入超声波应力 消除技术，防止出现激光增材制造零件的变形开裂等问题。中国专利 (CN107971491)公开了一种消除电子束选区熔化增材制造镍基高温合金零部件 微裂纹的方法，对增材制造镍基高温合金依次进行热等静压处理、固溶处理和 时效处理，可以获得致密无微裂纹的增材制造镍基高温合金材料。采用的热等 静压工艺参数为温度1220℃-1230℃，时间2h-4h，温度高于再结晶温度。
本发明首次尝试了通过控制增材制造参数，并结合去应力退火、放电等 离子烧结(SPS)处理，得到了无裂纹(包括内部和表面的裂纹)而且力学性 能大幅度提高的产品。
发明内容
本发明提出一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，通 过控制增材制造参数，结合去应力退火、SPS处理，可以有效消除Renè104镍 基高温合金中的裂纹，特别是高Al、Ti含量的焊接性能差的镍基高温合金在 成形过程中裂纹的产生，提高成形件的力学性能。
本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，设计了 一种条带分区和棋盘分区扫描策略，通过扫描策略和工艺参数的协同作用，减 少了成形过程中残余应力的产生和叠加，抑制了大尺寸裂纹的产生，然后对成 形件采用去应力退火和放电等离子烧结后处理，消除了成形件内部的裂纹并大 幅度提高产品的力学性能。
本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，包括如 下步骤：
(1)激光增材制造前准备
根据所需零件的形状，在三维设计软件里设计零件的三维模型，然后将三 维模型导入激光增材制造设备，软件自行切片处理后，将每一切片层的数据导 入激光增材制造的***中；
(2)通过激光选区熔化进行增材制造
铺设Renè104镍基高温合金粉末，然后激光根据切片层的信息开始选择熔 化粉床，扫描方式包括轮廓扫描和实体扫描，每一层扫描时，先进行轮廓扫描 再进行实体扫描，实体扫描采用分区扫描策略，之后再一次轮廓扫描；整个步 骤为铺粉和激光熔化过程；
所述Renè104镍基高温合金粉末的粒径为15-53μm，且D10为15-20μm、 D50为25-31μm、D90为40-48μm；
所述轮廓扫描参数为：激光光斑直径为0.08-0.1mm，激光功率为 100W-150W，扫描速度为1000-1400mm/s；
所述的实体扫描参数为：激光功率200W-250W，激光光斑直径0.10-0.13mm， 扫描速度450-650mm/s,扫描间距0.08-0.14mm，铺粉层厚为30-35μm；
所述的分区扫描策略是：将每一切片层的实体区域划分为多个区域，分别 对每个区域依次进行激光扫描熔化；所述的分区扫描策略包含条带分区扫描策 略或棋盘分区扫描策略；
所述条带分区扫描策略的参数为：条带宽度为6-8mm，条带间的搭接为 0.1-0.15mm；
所述棋盘分区扫描策略的参数为：棋盘大小为4-6mm，棋盘间的搭接为 0.08-0.12mm，相邻棋盘间的激光扫描方向相互垂直；
(3)重复步骤(2)直到整个零件打印完成，之后将成形的零件从基板上 分离，得到成形件；
(4)成形件去应力退火，退火温度为(0.3-0.4)T再℃，时间为1h-3h；
(5)对去应力退火后的成形件进行放电等离子烧结(SPS)处理，SPS参数： 温度为(0.8-0.9)T再℃，时间为10-20min。
所述的T再为合金的再结晶温度，单位为℃。所述的Renè104镍基高温合金 T再为1180℃。
本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，所述 Renè104镍基高温合金中含有Al和Ti，且(Al+Ti)占所述Renè104镍基高温 合金总质量的5wt％及以上。
本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，打印所 用的基板为不锈钢基板或同类镍基高温合金，打印前，基板预加热温度为
100-200℃。
本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，激光增 材制造过程中需在设备工作腔内通入氩气或氮气等惰性保护气体，使工作腔内 氧气含量＜0.1％。
本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，在保护 气氛下进行去应力退火，去应力退火时，以5-15℃/min、优选为8-12℃/min
的升温速率升温至退火温度，保温1～3h，随炉冷却。
本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，去应 力退火时，所述保护气氛选自氩气、氮气中的至少一种。
本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，放电等 离子烧结时，控制升温速率为50-100℃/min，控制降温速率为50-100℃/min。
本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，放电等 离子烧结时，控制压力为30-50MPa。作为优选，放电等离子烧结时，控制烧 结温度小于等于1020℃。
本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，Renè104 镍基高温合金激光选区熔化成形件样品，依次经去应力退火、放电等离子烧结 处理后，抗拉强度为处理前样品的1.6-2.0倍。
本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，采用低 温下长时间高压力放电等离子烧结工艺，有效的消除了成形件内部裂纹，同时 维持了成形件内部原本的晶粒大小，解决了成形件采用后处理消除裂纹易发生 晶粒长大的问题。同时，通过退火参数和SPS参数的协同作用，可以得到组织 均匀、无裂纹、力学性能优良的成形件。
本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法；SPS烧结 时，采用石墨磨具，直径根据实际需求进行调整。本发明同时还可以用于异型 件的处理，只需在SPS烧结前，填充不与基体反应的导电粉末即可。
本发明的优点和积极效果：
(1)本发明提出一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法， 本发明针对高Al、Ti含量、焊接性能差的镍基高温合金，设计了一种条带分区 和棋盘分区扫描策略，通过扫描策略和工艺参数的协同作用，有效控制了残余 应力的产生和叠加，抑制了合金在成形过程中大尺寸裂纹的产生；再采用去应 力退火完全消除成形件内部残余应力；采用放电等离子烧结，在压力和放电的 协同作用下，使裂纹实现冶金结合从而消除了成形件内部裂纹，抑制了烧结过 程中晶粒长大；
(2)本发明提出一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法， 设计了条带和棋盘分区扫描策略，调控了激光扫描线的长度，有效控制了残余 应力的产生；
(3)本发明提出一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法， 设计了一种镍基高温合金的激光增材制造参数，通过激光功率、激光扫描速度 和扫描间距等参数的协同作用，提升了成形件表面质量的平整性和内部显微组 织的均匀性；
(4)本发明提出一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法， 通过工艺参数和扫描策略的协同作用，既保证了成形件的成形质量，也控制了 成形过程中的残余应力产生和叠加，有效抑制了成形中大尺寸裂纹的产生；
(5)本发明提出一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法， 通过去应力退火消除内部残余应力，防止残余应力导致成形件变形和开裂；
(6)本发明一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，通 过放电等离子烧结高温和高压的协同作用，促进了烧结过程中裂纹等缺陷处的 局部变形和原子迁移，形成了裂纹的冶金结合，从而消除了裂纹；同时有效防 止了晶粒的长大。
(7)本发明提出一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法， 有效消除了含有高Al、Ti含量的焊接性能差的镍基高温合金的激光增材制造裂 纹，采用本方法制备的Renè104合金，成形件内未见裂纹，其室温抗拉强度可 达1300MPa以上。
综上所述，本发明提出一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹 的方法，针对高Al、Ti含量的镍基高温合金激光增材制造易开裂的问题，通过 设计激光成形参数和分区扫描策略，抑制了成形件内部大尺寸裂纹的产生；采 用去应力退火和放电等离子烧结，消除了成形件内的小尺寸裂纹。使用该方法， 制备高Al、Ti含量的Renè104镍基高温，成形件内未见裂纹，其室温抗拉强度 可达1300MPa以上。
附图说明
图1为在实施例一的条带分区扫描策略示意图。
图2为在实施例一的激光选区熔化成形Renè104合金内部的裂纹 形貌照片。
图3为在实施例一的激光选区熔化成形Renè104合金后处理后内 部显微组织，未观察到裂纹。
图4为在实施例二的图5为在实施例二的棋盘扫描策略示意图。
图5为在实施例二激光选区熔化成形Renè104合金内部的裂纹形 貌。
图6为在实施例二激光选区熔化成形Renè104合金后处理后内部 显微组织，未观察到裂纹。
图7为在对比例一激光选区熔化成形Renè104合金内部的裂纹形 貌。
图8为在对比例一激光选区熔化成形Renè104合金后处理后内部 的裂纹形貌。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步的阐述。
实施例一：
利用三维设计软件利用三维构图软件构建直径为40mm，高度为15mm的 三维圆柱体模型，转换成STL文件后导入激光选区熔化建造软件中，软件自行 切片处理后导入SLM打印***中。基板加热到150℃后，将Renè104镍基高温 合金粉末加入供粉缸并进行铺粉，往工作腔内通入氩气至氧含量低于100ppm。 之后进入打印程序，不断重复铺粉、激光扫描粉末的步骤，直到打印完成，得 到圆柱体。之后将打印得到的圆柱体依次进行去应力退火、放电等离子烧结。
其中Renè104镍基高温合金粉末粒径为15-53μm，D10为17.5μm，D50为 29.3μm，D90为46.9μm。
SLM工艺参数为：激光功率为250W，光斑直径为0.12mm，扫描速度为 500mm/s，扫描间距为0.12mm，铺粉层厚为0.03mm。
SLM所用扫描策略为条带扫描策略，如图1所示为条带扫描策略示意图，采 用由下至上逐层扫描的方式，相邻层之间的激光扫描方向旋转67°，条带大小 为7mm，条带间的搭接为0.11mm。
去应力退火参数为：温度420℃，保温90min，然后随炉冷却。
放电等离子烧结参数为：直径为40mm的石墨磨具，升温速率为60℃/min， 降温速率为60℃/min，烧结压力45MPa，烧结温度1020℃，保温时间15min。
将去应力退火、放电等离子烧结处理统称为后处理。
打印成形件后处理前、后的致密度分别为99.18％和99.55％，室温力学性能 分别为987MPa和1376MPa。
图2结果表明，打印成形件内部裂纹细小，未见大尺寸裂纹存在；图3结 果表明，经后处理的成形件内部无裂纹。
实施例二：
利用三维设计软件利用三维构图软件构建直径为40mm，高度为15mm的 三维圆柱体模型，转换成STL文件后导入激光选区熔化建造软件中，软件自行 切片处理后导入SLM打印***中。基板加热到150℃后，将Renè104镍基高温 合金粉末加入供粉缸并进行铺粉，往工作腔内通入氩气至氧含量低于0.1％。之 后进入打印程序，不断重复铺粉、激光扫描粉末的步骤，直到打印完成，得到 圆柱体。
其中Renè104镍基高温合金粉末粒径为15-53μm，D10为17.5μm，D50为 29.3μm，D90为46.9μm。
SLM工艺参数为：激光功率为225W，光斑直径为0.12mm，扫描速度为 600mm/s，扫描间距为0.11mm，铺粉层厚为0.03mm。
SLM所用扫描策略为棋盘扫描策略，如图4所示为棋盘扫描策略示意图，采 用由下至上逐层扫描的方式，相邻层之间的激光扫描方向旋转67°，棋盘格子 大小5mm，棋盘格子间间距为0.09mm，相邻棋盘格子间的激光扫描方向相互垂 直。
去应力退火参数为：温度420℃，保温90min，然后随炉冷却。
放电等离子烧结参数为：直径为40mm的石墨磨具，升温速率为60℃/min， 降温速率为60℃/min，烧结压力45MPa，烧结温度1020℃，保温时间15min。
打印成形件后处理前、后的致密度分别为99.14％和99.51％，室温力学性能 分别为934MPa和1366MPa。
图5结果表明，打印成形件内部裂纹细小，未见大尺寸裂纹存在；图6结 果表明，经后处理的成形件内部无裂纹存在。
对比例一：
利用三维设计软件利用三维构图软件构建直径为40mm，高度为15mm的 三维圆柱体模型，转换成STL文件后导入激光选区熔化建造软件中，软件自行 切片处理后导入SLM打印***中。基板加热到150℃后，将Renè104镍基高温 合金粉末加入供粉缸并进行铺粉，往工作腔内通入氩气至氧含量低于0.1％。之 后进入打印程序，不断重复铺粉、激光扫描粉末的步骤，直到打印完成，得到 圆柱体。
其中Renè104镍基高温合金粉末粒径为15-53μm，D10为17.5μm，D50为 29.3μm，D90为46.9μm。
SLM工艺参数为：激光功率为225W，光斑直径为0.12mm，扫描速度为 600mm/s，扫描间距为0.11mm，铺粉层厚为0.03mm。(不采用分区策略)
去应力退火参数为：温度420℃，保温90min，然后随炉冷却。
放电等离子烧结参数为：直径为40mm的石墨磨具，升温速率为60℃/min， 降温速率为60℃/min，烧结压力为45MPa，烧结温度为1020℃，保温时间15min。
打印成形件后处理前、后的致密度分别为98.12％和99.02％，室温力学性能 分别为751MPa和916MPa。
图7结果表明，成形件内部有大尺寸和小尺寸裂纹存在，图8结果表明， 经后处理的成形件内部仍有部***纹存在。
对比例二：
利用三维设计软件利用三维构图软件构建直径为40mm，高度为15mm的 三维圆柱体模型，转换成STL文件后导入激光选区熔化建造软件中，软件自行 切片处理后导入SLM打印***中。基板加热到150℃后，将Renè104镍基高温 合金粉末加入供粉缸并进行铺粉，往工作腔内通入氩气至氧含量低于0.1％。之 后进入打印程序，不断重复铺粉、激光扫描粉末的步骤，直到打印完成，得到 圆柱体。
其中Renè104镍基高温合金粉末粒径为15-53μm，D10为17.5μm，D50为 29.3μm，D90为46.9μm。
SLM工艺参数为：激光功率为420W，光斑直径为0.12mm，扫描速度为 800mm/s，扫描间距为0.12mm，铺粉层厚为0.03mm。
SLM所用扫描策略为条带扫描策略，如图1所示为条带扫描策略示意图，采 用由下至上逐层扫描的方式，相邻层之间的激光扫描方向旋转67°,条带大小为 7mm，条带间的搭接为0.11mm,目的是减少打印过程中残余应力的叠加。(不采用 轮廓+实体扫描方式、且激光功率过高)
去应力退火参数为：温度420℃，保温90min，然后随炉冷却。
放电等离子烧结参数为：直径为40mm的石墨磨具，升温速率为60℃/min， 降温速率为60℃/min，烧结压力为45MPa，烧结温度为1020℃，保温时间15min。
打印成形件后处理前、后的致密度分别为97.89％％和98.38％，室温力学性 能分别为645MPa和901Mpa。
对比例三：
利用三维设计软件利用三维构图软件构建直径为40mm，高度为15mm的 三维圆柱体模型，转换成STL文件后导入激光选区熔化建造软件中，软件自行 切片处理后导入SLM打印***中。基板加热到150℃后，将Renè104镍基高温 合金粉末加入供粉缸并进行铺粉，往工作腔内通入氩气至氧含量低于0.1％。之 后进入打印程序，不断重复铺粉、激光扫描粉末的步骤，直到打印完成，得到 圆柱体。
其中Renè104镍基高温合金粉末粒径为0-53μm，D10为10.3μm，D50为 23.7μm，D90为35.5μm。
SLM工艺参数为：激光功率为250W，光斑直径为0.12mm，扫描速度为 500mm/s，扫描间距为0.12mm，铺粉层厚为0.03mm。
SLM所用扫描策略为条带扫描策略，采用由下至上逐层扫描的方式，相邻层 之间的激光扫描方向旋转67°,条带大小为7mm，条带间的搭接为0.11mm,目的 是减少打印过程中残余应力的叠加。(不采用轮廓+实体扫描方式)
去应力退火参数为：温度420℃，保温90min，然后随炉冷却。
放电等离子烧结参数为：直径为40mm的石墨磨具，升温速率为60℃/min， 降温速率为60℃/min，烧结压力45MPa，烧结温度1020℃，保温时间15min。
打印成形件经后处理前、后的致密度分别为98.03％和98.45％，室温力学性 能分别为725MPa和921Mpa。
对比例四：
利用三维设计软件利用三维构图软件构建直径为40mm，高度为15mm的 三维圆柱体模型，转换成STL文件后导入激光选区熔化建造软件中，软件自行 切片处理后导入SLM打印***中。基板加热到150℃后，将Renè104镍基高温 合金粉末加入供粉缸并进行铺粉，往工作腔内通入氩气至氧含量低于0.1％。之 后进入打印程序，不断重复铺粉、激光扫描粉末的步骤，直到打印完成，得到 圆柱体。
其中Renè104镍基高温合金粉末粒径为15-53μm，D10为17.5μm，D50为 29.3μm，D90为46.9μm。
SLM工艺参数为：激光功率为250W，光斑直径为0.12mm，扫描速度为 500mm/s，扫描间距为0.12mm，铺粉层厚为0.03mm。
SLM所用扫描策略为条带扫描策略，采用由下至上逐层扫描的方式，相邻层 之间的激光扫描方向旋转67°,条带大小为5mm，条带间的搭接为0.10mm。(不 采用轮廓+实体扫描方式)
去应力退火参数为：温度420℃，保温90min，然后随炉冷却。
放电等离子烧结参数为：直径为40mm的石墨磨具，升温速率为60℃/min， 降温速率为60℃/min，烧结压力45MPa，烧结温度1020℃，保温时间15min。
打印成形件经后处理前、后的致密度分别为98.34％和99.02％，室温力学性 能分别为987MPa和1065MPa。
对比例五：
利用三维设计软件利用三维构图软件构建直径为40mm，高度为15mm的 三维圆柱体模型，转换成STL文件后导入激光选区熔化建造软件中，软件自行 切片处理后导入SLM打印***中。基板加热到150℃后，将Renè104镍基高温 合金粉末加入供粉缸并进行铺粉，往工作腔内通入氩气至氧含量低于0.1％。之 后进入打印程序，不断重复铺粉、激光扫描粉末的步骤，直到打印完成，得到 圆柱体。
其中Renè104镍基高温合金粉末粒径为15-53μm，D10为17.5μm，D50为 29.3μm，D90为46.9μm。
SLM工艺参数为：激光功率为225W，光斑直径为0.12mm，扫描速度为 600mm/s，扫描间距为0.11mm，铺粉层厚为0.03mm。
SLM所用扫描策略为棋盘扫描策略，采用由下至上逐层扫描的方式，相邻层 之间的激光扫描方向旋转67°，棋盘格子大小10mm，棋盘格子间间距为0.13mm， 相邻棋盘格子间的激光扫描方向相互垂直。(不采用轮廓+实体扫描方式)
去应力退火参数为：温度420℃，保温90min，然后随炉冷却。
放电等离子烧结参数为：直径为40mm的石墨磨具，升温速率为60℃/min， 降温速率为60℃/min，烧结压力45MPa，烧结温度1020℃，保温时间15min。
打印成形件经后处理前、后的致密度分别为98.01％和98.55％，室温力学性 能分别为723MPa和912Mpa。
对比例六：
利用三维设计软件利用三维构图软件构建直径为40mm，高度为15mm的 三维圆柱体模型，转换成STL文件后导入激光选区熔化建造软件中，软件自行 切片处理后导入SLM打印***中。基板加热到150℃后，将Renè104镍基高温 合金粉末加入供粉缸并进行铺粉，往工作腔内通入氩气至氧含量低于0.1％。之 后进入打印程序，不断重复铺粉、激光扫描粉末的步骤，直到打印完成，得到 圆柱体。
其中Renè104镍基高温合金粉末粒径为15-53μm，D10为17.5μm，D50为 29.3μm，D90为46.9μm。
SLM工艺参数为：激光功率为250W，光斑直径为0.12mm，扫描速度为 500mm/s，扫描间距为0.12mm，铺粉层厚为0.03mm。
SLM所用扫描策略为条带扫描策略，采用由下至上逐层扫描的方式，相邻层 之间的激光扫描方向旋转67°,条带大小为7mm，条带间的搭接为0.11mm。(不 采用轮廓+实体扫描方式)
SLM打印成形后，不经退火，直接进行放电等离子烧结，具体参数为：直径 为40mm的石墨磨具，升温速率为60℃/min，降温速率为60℃/min，烧结压力 45MPa，烧结温度1020℃，保温时间15min。
打印成形件经后处理前、后的致密度分别为99.18％和99.54％，室温力学性 能分别为987MPa和1156MPa。
对比例七：
利用三维设计软件利用三维构图软件构建直径为40mm，高度为15mm的 三维圆柱体模型，转换成STL文件后导入激光选区熔化建造软件中，软件自行 切片处理后导入SLM打印***中。基板加热到150℃后，将Renè104镍基高温 合金粉末加入供粉缸并进行铺粉，往工作腔内通入氩气至氧含量低于0.1％。之 后进入打印程序，不断重复铺粉、激光扫描粉末的步骤，直到打印完成，得到 圆柱体。
其中Renè104镍基高温合金粉末粒径为15-53μm，D10为17.5μm，D50为 29.3μm，D90为46.9μm。
SLM工艺参数为：激光功率为250W，光斑直径为0.12mm，扫描速度为 500mm/s，扫描间距为0.12mm，铺粉层厚为0.03mm。
SLM所用扫描策略为条带扫描策略，采用由下至上逐层扫描的方式，相邻层 之间的激光扫描方向旋转67°,条带大小为7mm，条带间的搭接为0.11mm,目的 是减少打印过程中残余应力的叠加。(不采用轮廓+实体扫描方式)
去应力退火参数为：温度1000℃，保温90min，然后随炉冷却。
放电等离子烧结参数为：直径为40mm的石墨磨具，升温速率为60℃/min， 降温速率为60℃/min，烧结压力45MPa，烧结温度1020℃，保温时间15min。
打印成形件经后处理前、后的致密度分别为99.18％和99.55％，室温力学性 能分别为987MPa和1033MPa。
对比例八：
利用三维设计软件利用三维构图软件构建直径为40mm，高度为15mm的 三维圆柱体模型，转换成STL文件后导入激光选区熔化建造软件中，软件自行 切片处理后导入SLM打印***中。基板加热到150℃后，将Renè104镍基高温 合金粉末加入供粉缸并进行铺粉，往工作腔内通入氩气至氧含量低于0.1％。之 后进入打印程序，不断重复铺粉、激光扫描粉末的步骤，直到打印完成，得到 圆柱体。
其中Renè104镍基高温合金粉末粒径为15-53μm，D10为17.5μm，D50为 29.3μm，D90为46.9μm。
SLM工艺参数为：激光功率为250W，光斑直径为0.12mm，扫描速度为 500mm/s，扫描间距为0.12mm，铺粉层厚为0.03mm。
SLM所用扫描策略为条带扫描策略，采用由下至上逐层扫描的方式，相邻层 之间的激光扫描方向旋转67°,条带大小为7mm，条带间的搭接为0.11mm,目的 是减少打印过程中残余应力的叠加。
去应力退火参数为：温度420℃，保温90min，然后随炉冷却。
放电等离子烧结参数为：直径为40mm的石墨磨具，升温速率为60℃/min， 降温速率为60℃/min，烧结压力45MPa，烧结温度1120℃，保温时间15min。
打印成形件经后处理前、后致的密度分别为99.18％和99.60％，室温力学性 能分别为987MPa和1076Mpa。
发明人还尝试了放电等离子烧结时，采用1120℃，短时间60S的烧结，但 所得产品的性能也不理想。
通过实施例和对比例可以看出，本发明通过各条件参数和工艺的协同作用， 才能得到性能优越的产品，当实施步骤或者实施条件参数中有一个或几个不在 本发明所要求的保护的范围内时，产品的性能远远低于本发明。

Claims (10)

1.一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，其特征在于：
包括如下步骤：
(1)激光增材制造前准备
根据所需零件的形状，在三维设计软件里设计零件的三维模型，然后将三维模型导入激光增材制造设备，软件自行切片处理后，将每一切片层的数据导入激光增材制造的***中；
(2)通过激光选区熔化进行增材制造
铺设Renè104镍基高温合金粉末，然后激光根据切片层的信息开始选择熔化粉床，扫描方式包括轮廓扫描和实体扫描，每一层扫描时，先进行轮廓扫描再进行实体扫描，实体扫描采用分区扫描策略，之后再一次轮廓扫描；整个步骤为铺粉和激光熔化过程；
所述Renè104镍基高温合金粉末的粒径为15-53μm，且D10为15-20μm、D50为25-31μm、D90为40-48μm；
所述轮廓扫描参数为：激光光斑直径为0.08-0.1mm，激光功率为100W-150W，扫描速度为1000-1400mm/s；
所述的实体扫描参数为：激光功率200W-250W，激光光斑直径0.10-0.13mm，扫描速度450-650mm/s,扫描间距0.08-0.14mm，铺粉层厚为30-35μm；
所述的分区扫描策略是：将每一切片层的实体区域划分为多个区域，分别对每个区域依次进行激光扫描熔化；所述的分区扫描策略包含条带分区扫描策略和/或棋盘分区扫描策略；
所述条带分区扫描策略的参数为：条带宽度为6-8mm，条带间的搭接为0.1-0.15mm；
所述棋盘分区扫描策略的参数为：棋盘大小为4-6mm，棋盘间的搭接为0.08-0.12mm，相邻棋盘间的激光扫描方向相互垂直；
(3)重复步骤(2)直到整个零件打印完成，之后将成形的零件从基板上分离，得到成形件；
(4)对成形件进行去应力退火，退火温度为(0.3-0.4)T再℃，时间为1h-3h；
(5)对去应力退火后的成形件进行放电等离子烧结(SPS)处理，SPS参数：温度为(0.8-0.9)T再℃,时间为10-20min；
所述T再为合金的再结晶温度，单位为℃。
2.根据权利要求1所述的一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，其特征在于：所述Renè104镍基高温合金中含有Al和Ti，且(Al+Ti)占所述Renè104镍基高温合金总质量的5wt％及以上。
3.根据权利要求1所述的一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，其特征在于：打印所用的基板为不锈钢基板或同类镍基高温合金，打印前，基板预加热温度为100-200℃。
4.根据权利要求1所述的一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，其特征在于：激光增材制造过程中需在设备工作腔内通入氩气或氮气等惰性保护气体，使工作腔内氧气含量＜0.1％。
5.根据权利要求1所述的一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，其特征在于：在保护气氛下进行去应力退火，去应力退火时，以5-15℃/min、优选为8-12℃/min的升温速率升温至退火温度，保温1～3h，随炉冷却。
6.根据权利要求5所述的一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，其特征在于：去应力退火时，所述保护气氛选自氩气、氮气中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，其特征在于：放电等离子烧结时，控制升温速率为50-100℃/min，控制降温速率为50-100℃/min。
8.根据权利要求1所述的一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，其特征在于：放电等离子烧结时，控制压力为30-50MPa。
9.根据权利要求1所述的一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，其特征在于：放电等离子烧结时，控制烧结温度小于等于1020℃。
10.根据权利要求1所述的一种消除Renè104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，其特征在于：Renè104镍基高温合金激光选区熔化成形件样品依次经去应力退火、放电等离子烧结处理后，抗拉强度为处理前样品的1.6-2.0倍。
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