Способ получения деталей из жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ технологией селективного лазерного сплавления Российский патент 2024 года по МПК B22F10/64 B22F3/105 B33Y10/00 

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.

Известен способ (патент РФ 2623537 С2) изготовления деталей послойным лазерным сплавлением металлических порошков жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий послойное нанесение порошка хромсодержащего жаропрочного сплава на основе никеля на подложку и селективное сплавление лазерным лучом слоев металлического порошка с формированием детали, горячее изостатическое прессование полученной детали в среде аргона и ее термическую обработку.

Недостатком этих способов является низкий и неоднородный уровень механических свойств.

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.

Стоит также отметить, что диапазон нахождения рациональных технологических параметров сканирования, при котором формируются требуемые по качеству слои, очень узок и строго индивидуален для каждого материала и морфологии порошка.

На сегодняшний день определение рациональных технологических параметров сканирования осуществляется экспериментально, путем изготовления большого количества специальных образцов, с последующим исследованием их структуры и механических свойств. Таким образом, подбор параметров экспериментальным путем для сложных технологических процессов является трудоемкой задачей. Учитывая большое количество регулируемых параметров, потребуется немало временных и материальных затрат для определения их рациональных значений. Кроме того, неправильно подобранная область их поиска, может привести к неудовлетворительному результату исследований, и как следствие, к низким механическим свойствам синтезированного материала.

Предлагаемый способ отличается от известных тем, что изготовление деталей производят послойно из металлического порошка жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ технологией селективного лазерного сплавления. Изготовление деталей технологией селективного лазерного сплавления происходит при следующих технологических параметрах: мощность лазерного излучения от 250 до 350 Вт, скорость сканирования от 500 до 700 мм/с, шаг сканирования от 0,1 до 0,15 мм, толщина слоя 50 мкм. Термическая обработка проводится при температуре 1100±100°С в течение 2 часов. Охлаждение деталей происходит на воздухе.

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 технологических параметров обработки, высокая производительность процесса за счет применения высокой скорости сканирования, низкий уровень остаточных напряжений, и как следствие, высокая точность размеров и расположения поверхностей, существенное повышение коэффициента использования материала (КИМ).

Технический результат достигается за счет того, что изготовление деталей из жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ технологией селективного лазерного сплавления проводят при оптимальных технологических параметрах, а именно мощность лазерного излучения 250 до 350 Вт, скорость сканирования от 500 до 700 мм/с, шаг сканирования от 0,1 до 0,15 мм, толщина слоя 50 мкм. Термическая обработка проводится при температуре 1100±100°С в течение 2 часов. Охлаждение деталей происходит на воздухе.

Технический результат достигается за счет того, 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 технологических параметров (низкой мощности лазерного излучения совместно с высокой скоростью сканирования) не будет подводиться достаточной энергии для полного расплавления порошка что не позволяют получить хорошей зоны перекрытия между слоями и соседними векторами сканирования. 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.

Низкий уровень остаточных напряжений достигается за счет применения термической обработки, которая проводится при температуре 1100=100°С в течение 2 часов с охлаждением деталей на воздухе. 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 порошка жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ. Процесс изготовления деталей технологией селективного лазерного сплавления происходил внутри герметичной камеры в среде защитного газа.

Термическая обработка проводится при температуре 1100±100°С в течение 2 часов. Охлаждение деталей происходит на воздухе.

Результаты испытаний механических свойств образцов, изготовленных предлагаемым способом, представлены в таблице 1.

Контроль плотности изготовленных образцов осуществлялся путем проведения томографического контроля. По результатам исследований, объем пустот составил менее 0,001% от объема образцов.

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 изделий из порошка жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ технологией селективного лазерного сплавления позволит повысить КИМ, снизить затраты на изготовление технологической оснастки, сократить время изготовления деталей в несколько раз.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу изготовления деталей из жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ с использованием аддитивных технологий. Может использоваться для производства деталей и узлов авиационных и ракетно-космических систем. Деталь из порошка жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ изготавливают путем селективного лазерного сплавления при мощности лазерного излучения от 250 до 350 Вт, скорости сканирования от 500 до 700 мм/с, с шагом сканирования от 0,1 до 0,15 мм и толщиной слоя 50 мкм. Затем проводят термическую обработку при температуре 1100±100°С в течение 2 часов. Охлаждение детали осуществляют на воздухе. Обеспечивается получение деталей с низкой пористостью, высокими механическими свойствами и низким уровнем остаточных напряжений. 1 табл.

Способ получения деталей из жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ, включающий селективное лазерное сплавление с использованием металлического порошка, отличающийся тем, что в качестве металлического порошка используют порошок сплава ХН50ВМТЮБ, а селективное лазерное сплавление проводят при мощности лазерного излучения от 250 до 350 Вт, скорости сканирования от 500 до 700 мм/с, с шагом сканирования от 0,1 до 0,15 мм и толщиной слоя 50 мкм с последующей термической обработкой при температуре 1100±100°С в течение 2 часов и охлаждением детали на воздухе.