RU2674685C1 - Способ получения деталей из жаропрочных никелевых сплавов, включающий технологию селективного лазерного сплавления и термическую обработку - Google Patents
Способ получения деталей из жаропрочных никелевых сплавов, включающий технологию селективного лазерного сплавления и термическую обработку Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674685C1 RU2674685C1 RU2018120814A RU2018120814A RU2674685C1 RU 2674685 C1 RU2674685 C1 RU 2674685C1 RU 2018120814 A RU2018120814 A RU 2018120814A RU 2018120814 A RU2018120814 A RU 2018120814A RU 2674685 C1 RU2674685 C1 RU 2674685C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parts
- heat
- selective laser
- heat treatment
- carried out
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/144—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing particles, e.g. powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу изготовления деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для работы в условиях повышенных температур в газотурбинных двигателях. Деталь получают путем селективного лазерного сплавления с мощностью лазерного излучения от 280 до 320 Вт, скоростью сканирования от 700 до 760 мм/с, толщиной слоя 50 мкм и шагом сканирования 0,12 мм. Процесс изготовления деталей технологией селективного лазерного сплавления происходит внутри герметичной камеры в среде защитного газа. Затем проводят термическую обработку при температуре 1000±100°С в течение 2 часов. Нагрев детали осуществляют постепенно с выдержкой в течение 2 часов при температурах 200°С, 400°С, 600°С, 800°С. Охлаждение детали проводят совместно с печкой. Технический результат - получение деталей с низкой пористостью, с высокими механическими свойствами и низким уровнем остаточных напряжений. 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к аддитивным технологиям (технология Selective laser melting, SLM, селективное лазерное сплавление, СЛС), а именно к изготовлению деталей технологией селективного лазерного сплавления металлических порошков жаропрочных никелевых сплавов, и может использоваться для производства деталей и узлов авиационных и ракетно-космических систем.
Известны способы (патенты РФ №2371512 и №2285736) получения изделий из сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов с количеством γ'-фазы более 40%, основанных на многостадийной деформации слитка и последующей термической обработке при температуре ниже температуры полного растворения γ'-фазы. Недостатком этих способов является низкий и неоднородный уровень механических свойств.
Известен способ (патент РФ №2453398) получения деталей из сплава типа ВВ751П с высокой прочностью и жаропрочностью с использованием горячего изостатического прессования и последующей закалки выше температуры сольвуса. Недостатком этого способа является необходимость использования оснастки при формовании заготовок, низкий выход годных изделий при использовании в качестве оснастки капсул из-за плохой их герметизации, использование металлического порошка большой фракции, что приводит к возникновению высокой шероховатости поверхностей деталей.
С целью устранения перечисленных недостатков предлагается способ получения изделия из жаропрочных никелевых сплавов с высокой прочностью и жаропрочностью, включающий технологию селективного лазерного сплавления и термическую обработку.
Предлагаемый способ отличается от известных тем, что изготовление деталей производят послойно из металлического порошка фракцией до 50 мкм жаропрочного никелевого сплава технологией селективного лазерного сплавления. Изготовление деталей технологией селективного лазерного сплавления происходит при следующих технологических параметрах: мощность лазерного излучения от 280 до 320 Вт, скорость сканирования от 700 до 760 мм/с, толщина слоя 50 мкм и шаг сканирования 0,12 мм. Термическая обработка проводится при температуре 1000±100°С в течение 2 часов. При этом нагрев деталей осуществляют постепенно с выдержкой в течение 2 часов при температурах 200°С, 400°С, 600°С, 800°С. Охлаждение деталей происходит совместно с печкой.
Технический результат - получение функциональных деталей технологией селективного лазерного сплавления, высокие механические характеристики деталей достигаемые за счет применения оптимальных технологических параметров обработки, высокая плотность деталей за счет применения оптимальных параметров обработки, низкий уровень остаточных напряжений в деталях за счет проведения термической обработки, и, как следствие, высокая точность размеров и расположения поверхностей, существенное повышение коэффициента использования материала (КИМ).
Технический результат достигается за счет того, что изготовление деталей технологией селективного лазерного сплавления проводят при мощности лазерного излучения от 280 до 320 Вт, скорости сканирования от 700 до 760 мм/с, толщине слоя 50 мкм и шаге сканирования 0,12 мм. Термическая обработка проводится при температуре 1000±100°С в течение 2 часов, при этом нагрев деталей осуществляют постепенно с выдержкой в течение 2 часов при температурах 200°С, 400°С, 600°С, 800°С. Охлаждение деталей происходит совместно с печкой.
Это достигается тем, что при применении оптимальных технологических параметров изготовления деталей технологией селективного лазерного сплавления достигается высокая плотность материала за счет подвода оптимального количества энергии. Так, например, при использовании не оптимальных параметров (низкой мощности лазерного излучения совместно с высокой скоростью сканирования) не будет подводиться достаточной энергии для полного расплавления порошка. Если мощность лазерного излучения в высокоскоростном режиме достаточно высока, чтобы полностью расплавить металлический порошок, существует вероятность того, что сильно вытянутый бассейн расплава будет разбит на более мелкие расплавы. При использовании режимов с высокой мощностью лазерного излучения и низкой скоростью сканирования, на материал будет подаваться избыточное количество теплоты, и плавление материала будет происходить в режиме, который называется «замочной скважиной». При этом режиме лазерный луч локально создает температуру достаточную для испарения материала, что приводит к возникновению высокой пористости материала и, как следствие, к его низким механическим свойствам.
Изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 изображено образование зоны перекрытия между векторами сканирования.
На фиг. 2 изображена микроструктура материала.
Указанные режимы позволяют полностью сплавлять металлический порошок жаропрочного никелевого сплава, создавая зону перекрытия между векторами сканирования на уровне 30…45% (Фиг. 1 и Фиг. 2) что положительно сказывается на механических свойствах материала.
Низкий уровень остаточных напряжений достигается за счет применения термической обработки, которая проводится при температуре 1000±100°С в течение 2 часов, при этом нагрев деталей осуществляют постепенно с выдержкой в течение 2 часов при температурах 200°С, 400°С, 600°С, 800°С. Охлаждение деталей происходит совместно с печкой. Термическая обработка проводится после изготовления детали технологией селективного лазерного сплавления и до отрезки детали от платформы построения. Поэтапное повышение температуры в процессе термической обработки позволяет избежать появления трещин и короблений, а также приводит к более равномерному снятию остаточных напряжений.
Предлагаемым способом были изготовлены полномасштабные цилиндрические образцы для испытания на одноосное растяжение.
Для осуществления изобретения образцы изготавливались из жаропрочного никелевого сплава ВВ751П производства ОАО "ВИЛС" фракцией до 50 мкм. Изготовление деталей технологией селективного лазерного сплавления осуществлялось при мощности лазерного излучения 320 Вт, скорости сканирования 760 мм/с, толщине слоя 50 мкм и шаге сканирования 0,12 мм. Процесс изготовления деталей технологией селективного лазерного сплавления происходил внутри герметичной камеры в среде защитного газа. Также осуществляется предварительный нагрев платформы построения до температуры 180°С.
Процесс селективного лазерного сплавления заключался в разбиении цифровой трехмерной CAD модели на слои толщиной 50 мкм. Затем при помощи специального модуля, входящего в программное обеспечение MagicsRP, были назначены параметры построения детали (мощность лазерного излучения, скорость сканирования и т.д.). Затем все данные были переданы в установку для начала процесса построения. Из бака, в котором содержался металлический порошок при помощи шнека исходный материал порционно подавался в дозатор (рекоутер). Дозатор перемещаясь в горизонтальном направлении доставлял металлический порошок на платформу построения и при помощи силиконового ножа разравнивал его. После того как слой порошка был выравнен в работу вступал лазер и при помощи системы зеркал выборочно сплавлял металлический порошок. При воздействии лазерного излучения порошок нагревался, а при приложении необходимой энергии, плавился образуя жидкую ванну. Затем жидкая ванна быстро затвердевала тем самым образуя фрагмент детали. После того как селективное лазерное сканирование текущего слоя было закончено, платформа построения при помощи поршня опускалась по оси Z на величину слоя, и насыпался новый слой порошка. Процесс являлся циклическим и повторяется до тех пор, пока деталь не была полностью закончена.
Далее изготовленные образцы подвергались термической обработке по режиму: постепенный нагрев деталей осуществлялся постепенно с выдержкой в течение 2 часов при температурах 200°С, 400°С, 600°С, 800°С. Затем термическая обработка в течение 2 часов при температуре 1000±100°С. Затем охлаждение детали в печи.
Результаты испытаний механических свойств образцов, изготовленных предлагаемым способом, представлены в таблице 1.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготавливать функциональные детали с достаточным уровнем механических свойств, высокой плотностью и низким КИМ.
В результате этого применение предлагаемого способа изготовления для горелок, завихрителей и камер сгорания газотурбинных двигателей позволит повысить КИМ, снизить затраты на изготовление технологической оснастки, сократить время изготовления подобных деталей в несколько раз.
Claims (1)
- Способ получения детали из жаропрочных никелевых сплавов, включающий использование металлических порошков, отличающийся тем, что осуществляют селективное лазерное сплавление металлического порошка с мощностью лазерного излучения от 280 до 320 Вт, скоростью сканирования от 700 до 760 мм/с, шагом сканирования 0,12 мм и толщиной каждого слоя 50 мкм и затем термическую обработку полученной детали при температуре 1000±100°С в течение 2 часов, при этом нагрев детали осуществляют постепенно с выдержкой в течение 2 часов при температурах 200°С, 400°С, 600°С, 800°С, причем охлаждение детали производят совместно с печкой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120814A RU2674685C1 (ru) | 2018-06-05 | 2018-06-05 | Способ получения деталей из жаропрочных никелевых сплавов, включающий технологию селективного лазерного сплавления и термическую обработку |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120814A RU2674685C1 (ru) | 2018-06-05 | 2018-06-05 | Способ получения деталей из жаропрочных никелевых сплавов, включающий технологию селективного лазерного сплавления и термическую обработку |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2674685C1 true RU2674685C1 (ru) | 2018-12-13 |
Family
ID=64753141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018120814A RU2674685C1 (ru) | 2018-06-05 | 2018-06-05 | Способ получения деталей из жаропрочных никелевых сплавов, включающий технологию селективного лазерного сплавления и термическую обработку |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2674685C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2767968C1 (ru) * | 2021-05-19 | 2022-03-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Способ производства деталей малоразмерного газотурбинного двигателя с тягой до 150 кгс методом селективного лазерного сплавления |
RU2811330C1 (ru) * | 2022-11-17 | 2024-01-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Способ получения заготовок деталей и сборочных единиц индустриальных двигателей методом селективного лазерного сплавления металлического порошка |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19953000A1 (de) * | 1999-11-04 | 2001-05-17 | Horst Exner | Verfahren und Einrichtung zur schnellen Herstellung von Körpern und Verwendung von mehreren Strahlen zur schnellen Herstellung von Körpern |
JP2004140078A (ja) * | 2002-10-16 | 2004-05-13 | Dainippon Printing Co Ltd | 多層配線基板 |
DE202007004683U1 (de) * | 2006-03-28 | 2007-08-23 | Sitec Industrietechnologie Gmbh | Bauteil |
EP1296798B1 (en) * | 2000-07-06 | 2009-02-18 | Trico Products Company | Method and apparatus for flexible manufacturing a discrete curved product from feed stock |
RU2371512C1 (ru) * | 2008-02-26 | 2009-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения изделия из жаропрочного никелевого сплава |
RU2453398C1 (ru) * | 2011-06-14 | 2012-06-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) | Способ получения изделия из сплава типа вв751п с высокой прочностью и жаропрочностью |
RU2562722C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ изготовления изделий сложной формы из порошковых систем |
RU2574536C2 (ru) * | 2012-12-01 | 2016-02-10 | Альстом Текнолоджи Лтд | Способ изготовления металлического компонента посредством аддитивного лазерного изготовления |
-
2018
- 2018-06-05 RU RU2018120814A patent/RU2674685C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19953000A1 (de) * | 1999-11-04 | 2001-05-17 | Horst Exner | Verfahren und Einrichtung zur schnellen Herstellung von Körpern und Verwendung von mehreren Strahlen zur schnellen Herstellung von Körpern |
EP1296798B1 (en) * | 2000-07-06 | 2009-02-18 | Trico Products Company | Method and apparatus for flexible manufacturing a discrete curved product from feed stock |
JP2004140078A (ja) * | 2002-10-16 | 2004-05-13 | Dainippon Printing Co Ltd | 多層配線基板 |
DE202007004683U1 (de) * | 2006-03-28 | 2007-08-23 | Sitec Industrietechnologie Gmbh | Bauteil |
RU2371512C1 (ru) * | 2008-02-26 | 2009-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения изделия из жаропрочного никелевого сплава |
RU2453398C1 (ru) * | 2011-06-14 | 2012-06-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) | Способ получения изделия из сплава типа вв751п с высокой прочностью и жаропрочностью |
RU2574536C2 (ru) * | 2012-12-01 | 2016-02-10 | Альстом Текнолоджи Лтд | Способ изготовления металлического компонента посредством аддитивного лазерного изготовления |
RU2562722C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ изготовления изделий сложной формы из порошковых систем |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2767968C1 (ru) * | 2021-05-19 | 2022-03-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Способ производства деталей малоразмерного газотурбинного двигателя с тягой до 150 кгс методом селективного лазерного сплавления |
RU2811330C1 (ru) * | 2022-11-17 | 2024-01-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Способ получения заготовок деталей и сборочных единиц индустриальных двигателей методом селективного лазерного сплавления металлического порошка |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9267189B2 (en) | Methods for forming dispersion-strengthened aluminum alloys | |
CN107790720B (zh) | 一种高温合金增材制造方法 | |
Li et al. | Fast prediction and validation of part distortion in selective laser melting | |
Ma et al. | Control of shape and performance for direct laser fabrication of precision large-scale metal parts with 316L Stainless Steel | |
Shrivastava et al. | Remanufacturing of nickel-based aero-engine components using metal additive manufacturing technology | |
EP2751304B1 (en) | Manufacturing a component of single crystal or directionally solidified material | |
CN105154701B (zh) | 一种采用选择性激光熔化快速成形技术制备高温钛合金的方法 | |
Yang et al. | Cracking behavior and control of Rene 104 superalloy produced by direct laser fabrication | |
CN105828983B (zh) | 用于基于粉末的增材制造过程的γ’沉淀增强镍基超合金 | |
CA2794015C (en) | A process for the production of articles made of a gamma-prime precipitation-strengthened nickel-base superalloy by selective laser melting (slm) | |
US10252337B2 (en) | Methods for directionally recrystallizing additively-manufactured metallic articles by heat treatment with a gradient furnace | |
US10144062B2 (en) | Method and device for producing a component of a turbomachine | |
RU2562722C1 (ru) | Способ изготовления изделий сложной формы из порошковых систем | |
US20190193160A1 (en) | Method for generating a component by a power-bed-based additive manufacturing method and powder for use in such a method | |
US10695832B2 (en) | Method for manufacturing a mechanical component | |
US20130341838A1 (en) | Method of fabricating a part by selective melting or selective sintering of powder beds by means of a high energy beam | |
CA3068408C (en) | An additive manufacturing technique for precipitation-hardened superalloy powdered material | |
RU2674685C1 (ru) | Способ получения деталей из жаропрочных никелевых сплавов, включающий технологию селективного лазерного сплавления и термическую обработку | |
US20230182210A1 (en) | Method for additive manufacturing by means of dual selective irradiation of a powder bed and preheating | |
Adjamsky et al. | Influence of the Time Interval between the Deposition of Layers by the SLM Technology on the Structure and Properties of Inconel 718 Alloy | |
JP2020535310A (ja) | モリブデン、ケイ素及びホウ素を含有する合金からなる粉末、この粉末の使用並びにこの粉末製のワークピースの付加製造方法 | |
RU2811330C1 (ru) | Способ получения заготовок деталей и сборочных единиц индустриальных двигателей методом селективного лазерного сплавления металлического порошка | |
Koike et al. | Stabilization of metal structure formation in directed energy deposition by applying a coolant system | |
US20190016059A1 (en) | Additive manufacturing methods and related components | |
RU2676721C1 (ru) | Способ изготовления составного керамического стержня для литья полых изделий |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200310 Effective date: 20200310 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200606 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210617 |