CN113042751A - 一种用于提高合金slm工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法，包括以下步骤：S1、基于该合金成分牌号，对用于SLM成形粉料成分中敏感元素含量进一步予以控制，所述步骤S1中的敏感元素含量包括C与Si；S2、通过振实密度/松装密度比指标、常规球形度、尺寸指标及流动性指标，选用合金粉末；S3、对不同型号的合金进行优化参数，在激光功率密度参量的±30％范围内进行SLM成形。根据本发明，从控制GH3536粉料成分，以及制定新的选粉依据两个角度出发，形成一套完备方法，以拓宽SLM工艺窗口，增强工艺稳定性，成形高质量GH3536合金打印件。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造的技术领域，特别涉及一种用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法。
背景技术
SLM(选区激光熔化)技术具有的高精度优点致使其成为国内外增材制造行业的焦点。通过SLM工艺替代传统工艺成形镍基高温GH3536合金正逐步应用于航空、航天、舰船、核电等热端部件，但由于GH3536合金从成分上来说合金化程度较高，某些微量元素影响凝固行为，具有一定的开裂敏感性，在选区激光熔化成形过程中微量元素在枝晶间的偏聚易产生微裂纹等一系列缺陷。控制合金粉末中的微量元素成分，对开裂敏感性大的微量元素进行调控，可有效降低GH3536合金在成形过程中的微裂纹缺陷，提高打印质量。但是，当前应对这些缺陷问题仍试图通过调节SLM工艺参数寻优予以解决，此过程需大量的试错，且得到的最优工艺窗口狭窄，造成了极大的工艺不稳定，不仅增加了成本还减少了成形件的良品率，不利于规模化生产。另外，粉原材料亦影响3D打印件的最终性能。通常，打印前粉末的选择涉及材质、形态、尺寸、流动性等指标。在材质与尺寸一定的条件下，球形度越高，流动性越好，铺粉越均匀，成形件的质量越优异。然而，现有对粉料质量的考察方法均是将这些指标隔离开来分别独立考虑，而后合并成指标集合来形成定性衡量优劣的依据，却忽视了指标间的相互联系，以至于由此方法选取的粉料在指标上离散性较大，造成SLM成形工艺不稳定，从而影响最终成形件的质量。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法，从控制GH3536粉料成分，以及制定新的选粉依据两个角度出发，形成一套完备方法，以拓宽SLM工艺窗口，增强工艺稳定性，成形高质量GH3536合金打印件。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法，包括以下步骤：
S1、基于该合金成分牌号，对用于SLM成形粉料成分中敏感元素含量进一步予以控制，所述步骤S1中的敏感元素含量包括C与Si；
S2、通过振实密度/松装密度比指标、常规球形度、尺寸指标及流动性指标，选用合金粉末；
S3、对不同型号的合金进行优化参数，在激光功率密度参量的±30％范围内进行SLM成形。
优选的，所述合金为GH3536合金。
优选的，所述步骤S1中的对敏感元素含量进一步予以控制包括0.03％≤C wt.％+Si wt.％≤0.35％且C wt.％≥0.01％。
优选的，所述步骤S2中振实密度/松装密度比指标为1.1～1.3，其中振实密度与松装密度可通过常规方法测量。
优选的，所述步骤S2中所述尺寸指标包括：尺寸平均值、尺寸分布、尺寸中位数与1/4中位数，所述流动性指标包括：剪切能、压缩能、固结能、充气能。
优选的，所述步骤S3中所述功率密度的±30％范围计算方法为：激光功率/(扫描速度×扫描间距×层厚)×(1±α)，其中α≤0.3。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：通过本发明提供的提高GH3536合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法，可减小金属粉原料因素的离散性，增强打印工艺的稳定性，实现在较宽的工艺窗口成形高质量3D打印件。
附图说明
图1为根据本发明的用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法的实例1金相组织图；
图2为根据本发明的用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法的对比例1金相组织图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-2，一种用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法，包括以下步骤：S1、基于该合金成分牌号，对用于SLM成形粉料成分中敏感元素含量进一步予以控制，所述步骤S1中的敏感元素含量包括C与Si；
S2、通过振实密度/松装密度比指标、常规球形度、尺寸指标及流动性指标，选用合金粉末；
S3、对不同型号的合金进行优化参数，在激光功率密度参量的±30％范围内进行SLM成形。
进一步的，所述合金为GH3536合金。
进一步的，所述步骤S1中的对敏感元素含量进一步予以控制包括0.03％≤Cwt.％+Si wt.％≤0.35％且C wt.％≥0.01％。
5.如权利要求1所述的一种用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法，其特征在于，所述步骤S2中振实密度/松装密度比指标为1.1～1.3，其中振实密度与松装密度可通过常规方法测量。
进一步的，所述步骤S2中所述尺寸指标包括：尺寸平均值、尺寸分布、尺寸中位数与1/4中位数，所述流动性指标包括：剪切能、压缩能、固结能、充气能。
进一步的，所述步骤S3中所述功率密度的±30％范围计算方法为：激光功率/(扫描速度×扫描间距×层厚)×(1±α)，其中α≤0.3。
实施例1
Step1：基于GH3536牌号成分，定制GH3536合金粉料，要求：C含量为0.015wt.％,Si含量0.02wt.％的，振实密度/松装密度比指标为1.2，粉料其他参数同市场常规。
Step2：通过EOS280激光打印机激光打印机并基于推荐工艺参数(激光功率：285W，扫描速度：960mm/s，扫描间距：0.11mm，层厚：0.04mm，能量密度：67.5W/mm3)，通过“激光功率/(扫描速度×扫描间距×层厚)×(1+α)，其中α＝0.2”，调整能量密度为81W/mm3，后进行打印。
打印后的金相组织如图1，组织中无或极少缺陷，材料致密度达到99.8％，力学性能优。
对比例1
本对比实例与实施例1不同在于，对C、Si无控制，其他工艺相同。
打印后的金相组织如图2，组织出现明显孔缺陷，材料致密度达到90.1％，力学性差。
对比例2
本对比实例与实施例1不同在于，α＝0.5即激光功率密度大于推荐值上限30％，其他工艺相同。
打印后的组织中出现孔缺陷，材料致密度达到92.1％，力学性差。
对比例3
本对比实例与实施例1不同在于，α＝0.1即激光功率密度小于推荐值下限30％，其他工艺相同。
打印后的组织中出现孔缺陷，材料致密度达到90.8％，力学性差。
对比例4
本对比实例与实施例1不同在于，C含量控制为0.01wt.％，Si含量为0.4wt.％,不满足“C wt.％+Si wt.％≤0.35％且C wt.％≥0.01％”，其他工艺相同。
打印后的组织中出现孔缺陷，材料致密度达到93.2％，力学性欠佳。
对比例5
本对比实例与实施例1不同在于，Si含量控制为0.02wt.％，C含量为0.005wt.％,不满足“C wt.％+Si wt.％≤0.35％且C wt.％≥0.01％”，其他工艺相同。
打印后的组织中出现孔缺陷，材料致密度达到91.2％，力学性较差。
对比例6
本对比实例与实施例1不同在于，振实密度/松装密度比为1，不在“1.1～1.3范围”，其他工艺相同。
打印后的组织中出现孔缺陷，材料致密度达到89.8％，力学性差。
对比例7
本对比实例与实施例1不同在于，振实密度/松装密度比为1.5，不在“1.1～1.3范围”，其他工艺相同。
打印后的组织中出现孔缺陷，材料致密度达到92.3％，力学性较差。
实施例2
Step1：基于GH3536牌号成分，定制GH3536合金粉料，要求：C含量为0.015wt.％,Si含量0.02wt.％的，振实密度/松装密度比指标为1.2，粉料其他参数同市场常规。
Step2：通过Ampro激光打印机激光打印机并基于推荐工艺参数(激光功率：210W，扫描速度：1200mm/s，扫描间距：0.10mm，层厚：0.03mm，能量密度：58.3W/mm3)，通过“激光功率/(扫描速度×扫描间距×层厚)×(1+α)，其中α＝0.3”，调整能量密度为40.8W/mm3，后进行打印。
打印后的组织中无或极少缺陷，材料致密度达到96.6％，力学性能优。
对比例8
本对比实例与实施例2不同在于，对C、Si无控制，其他工艺相同。
打印后的组织中出现孔缺陷，材料致密度达到93.5％，力学性较差。
对比例9
本对比实例与实施例2不同在于，振实密度/松装密度比为1.4，不在“1.1～1.3范围”，其他工艺相同。
打印后的组织中出现孔缺陷，材料致密度达到93.3％，力学性较差。
对比例10
本对比实例与实施例2不同在于，α＝0.1即激光功率密度不在推荐值±30％范围内，其他工艺相同。
打印后的组织中出现孔缺陷，材料致密度达到92.8％，力学性较差。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于该合金成分牌号，对用于SLM成形粉料成分中敏感元素含量进一步予以控制，所述步骤S1中的敏感元素含量包括C与Si；
S2、通过振实密度/松装密度比指标、常规球形度、尺寸指标及流动性指标，选用合金粉末；
S3、对不同型号的合金进行优化参数，在激光功率密度参量的±30％范围内进行SLM成形。
2.如权利要求1所述的一种用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法，其特征在于，所述合金为GH3536合金。
3.如权利要求1所述的一种用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法，其特征在于，所述步骤S1中的对敏感元素含量进一步予以控制包括0.03％≤C wt.％+Si wt.％≤0.35％且C wt.％≥0.01％。
4.如权利要求1所述的一种用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法，其特征在于，所述步骤S2中振实密度/松装密度比指标为1.1～1.3，其中振实密度与松装密度可通过常规方法测量。
5.如权利要求1所述的一种用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法，其特征在于，所述步骤S2中所述尺寸指标包括：尺寸平均值、尺寸分布、尺寸中位数与1/4中位数，所述流动性指标包括：剪切能、压缩能、固结能、充气能。
6.如权利要求1所述的一种用于提高合金SLM工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法，其特征在于，所述步骤S3中所述功率密度的±30％范围计算方法为：激光功率/(扫描速度×扫描间距×层厚)×(1±α)，其中α≤0.3。
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