一种保留有Laves相的增材制造镍基高温合金的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及金属材料制备及先进制造领域，具体为一种保留有Laves相的增材制 造儀基高溫合金的制备方法。
【背景技术】
[0002] 高溫合金具有使用溫度高、可承受应力大、耐腐蚀性好等特点，广泛应用于航空发 动机、工业燃气轮机、宇航结构、核反应堆等关键部件中。GH4169(美国牌号Inconel 718)高 溫合金是应用最为广泛的一种儀基高溫合金，该合金通常用于制造价值高昂结构复杂的高 性能零部件。
[0003] Laves相是GH4169高溫合金在长期高溫服役条件下变形的薄弱环节，其为裂纹的 萌生和扩展提供了通道。学术论文《热处理对激光立体成形Inconel 718高溫合金组织和力 学性能的影响》和学位论文《激光修复GH4169高溫合金的拉伸和持久断裂机制研究》发现 Laves相是GH4169高溫合金在拉伸和持久过程中微孔形成的核屯、，会降低合金的屈服强度 和延伸率。在公开号为CN102486460A的发明创造中提出了一种检测Laves相的简便方法，但 是并未对如何处理合金中的Laves相进行说明。在公开号为CN104404418A的发明创造中采 用热处理的方法完全消除了合金中Laves相，W此保证合金具有优异的性能。但是，具有优 异高溫性能的Laves相并非一定是有害相，其塑性变形能力受形态、尺度和分布的影响。学 术论文《P92钢中Laves相强化作用的研究》中表明细小的Laves相析出能有效提高P92钢室 溫及600°C下的抗拉强度和屈服强度。学术论文《Effect of Laves Phase Precipi1:ation on Fatigue Properties of Niobium-Containing Austenitic Stainless Steel Type 347 in Laboratory Air and in 3%NaCl Solution》中发现细小的Laves相颗粒可W增强 含Nb奥氏体不诱钢的疲劳强度。与传统GH4169高溫合金中存在的块状Laves相有所不同，在 P92运类合金中，Laves相的尺度在纳米级，起到了第二相强化的作用。在肝2014070276-A 的发明创造也表明，在大尺寸铸造零件中，Laves相析出在晶界或者枝晶间部位，使合金具 有了优异的力学性能和稳定性。因此，若能改善增材制造 GH4169高溫合金中Laves相的形 貌、尺度及分布，使其具有纳米级或者亚微米级的尺寸，制备出一种保留有Laves相的多相 复合强化GH4169高溫合金材料，那么高溫合金的力学性能，尤其是高溫持久寿命，蠕变强度 等高溫力学性能无疑将显著提高。目前提高增材制造 GH4169高溫合金力学性能的方法主要 是通过高溫固溶热处理消除其中存在的Laves相。运样做可W获得与锻件GH4169高溫合金 相似的等轴晶组织。但是如此一来，一方面原始组织中定向生长的柱状晶组织消失了，取而 代之出现了大量的垂直于受力方向的晶界（即横向晶界）。运类晶界是高溫长期受载条件下 的薄弱环节，影响合金性能的提高。另一方面，Laves相的优异高溫性能并未得W充分发挥。 纳米级或准纳米级尺度的Laves相对高溫力学性能的有益作用被忽略。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种保留有Laves相的增材制造儀基局 溫合金的制备方法，该方法可W制备出具有弥散颗粒状分布的Laves相的GH4169高溫合金， 其高溫力学性能尤其是高溫蠕变性能、高溫持久寿命等较工业锻造及铸造等轴晶高溫合金 有大幅度提局。
[0005] 本发明是通过W下技术方案来实现：
[0006] -种保留有Laves相的增材制造儀基高溫合金的制备方法，包括如下步骤，
[0007] 步骤一，在加工室中，将GH4169高溫合金粉末或丝材通过高能束流热源的加工，连 续烙化沉积在基板上，制备出保留有Laves相的GH4169高溫合金；
[000引步骤二，制备的保留有Laves相的細4169高溫合金在加工室中自然冷却至100°C W下后将其取出；
[0009] 步骤Ξ，将取出的保留有Laves相的細4169高溫合金依次进行两个阶段的热处理， 加热到700~740°C下保溫8~24h完成第一阶段，然后随保溫炉降溫到600~640°C下再保溫 化完成第二阶段，最后空冷到室溫得到保留有Laves相的增材制造儀基高溫合金。
[0010] 优选的，所采用的增材制造方法包括:送粉式激光增材制造方法，激光立体成形方 法，选区激光烙化方法，粉末床电子束烙化成形方法，丝材送进电子束烙化成形方法。
[0011] 优选的，步骤Ξ中，在两个阶段的热处理前，还包括一个预处理阶段，预处理阶段 中将取出的保留有Laves相的GH4169高溫合金加热到800~1000°C下保溫0~1.化，然后空 冷到第一阶段的保溫溫度。
[0012] 优选的，步骤一中，在加工室中充满氣气，采用氣气置换或循环净化的方式直至加 工室中氧气含量在l(K)ppmW下后开始GH4169高溫合金的增材制造。
[0013] 优选的，步骤一中，采用具有局部保护的送粉喷嘴，对烙池进行局部保护。
[0014] 优选的，步骤一中，所述的基板采用碳钢、不诱钢、高溫合金或GH4169高溫合金制 成。
[0015] 优选的，所采用的高能束流包括激光束和/或电子束。
[0016] 进一步，当采用C〇2激光器作为高能束流时，激光增材制造工艺参数如下：激光烙 覆功率1.5~2kW，光斑直径1.5~2mm，送粉量8~12g/min，搭接率40%~50%，扫描速率15 ~25mm/s。
[0017] 进一步，步骤一中，当采用YAG固体脉冲激光器作为高能束流时，激光增材制造工 艺参数如下：激光功率100~300W，光斑直径0.5~1.5111111，送粉量1~3肖/111111，搭接率40%~ 60%，扫描速率2~6mm/s，脉冲频率15~35化，脉宽3~8ms，最大电流50~90A。
[0018] 与现有技术相比，本发明具有W下有益的技术效果：
[0019] 本发明所述方法所制备的GH4169零件及锭材组织中保留有细小且弥散分布的 Laves相，经过热处理之后，组织中析出丫相、丫 /相W及δ相，或者仅析出丫相、丫 /相不析出 δ相，形成微米级Laves相、纳米级丫相、丫 /相和或亚微米级δ相多相复合强化，从而具有优 异的高溫力学性能，尤其是高溫持久寿命等高溫力学性能，及高溫长期组织的稳定性比锻 造及铸造等轴晶GH4169高溫合金材料有所提高，同时还具有优异的室溫拉伸力学性能，其 强度和塑性达到锻造 GH4169高溫合金标准。该制备方法可W大幅度缩短GH4169高溫合金零 件生产制造周期，降低生产制造成本，提高材料利用率。该制备方法还可W快速修复破损的 GH4169高溫合金零件，节约成本，提高材料利用率。能够用于高溫合金材料制备，高溫合金 结构件快速制造，高溫合金结构件修复再制造等。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明实例1中采用WC〇2激光器为高能束流的增材制造设备并进行其中第 (一)种热处理制度，所制备的細4169合金2皿级别的显微组织图。
[0021] 图2是本发明实例1中采用WC〇2激光器为高能束流的增材制造设备并进行其中第 (一) 种热处理制度，所制备的細4169合金lOOnm级别的显微组织图。
[0022] 图3是本发明实例1中采用WC〇2激光器为高能束流的增材制造设备并进行其中第 (二) 种热处理制度，所制备的GH4169合金显微组织图。
[0023] 图4是本发明实例3中采用WYAG固体脉冲激光器为高能束流的增材制造设备并进 行其中第(一)种热处理制度，所制造的GH4169合金显微组织图。
[0024] 图5是本发明实例3中采用WYAG固体脉冲激光器为高能束流的增材制造设备并进 行其中第(二)种热处理制度，所制造的GH4169合金显微组织图。
[0025] 图6是本发明实例2中采用WC〇2激光器为高能束流的增材制造设备在GH4169高溫 合金基材上增材制造块状GH4169高溫合金的示意图。
[0026] 图7是本发明实例3中采用WYAG固体脉冲激光器为高能束流的增材制造设备在 GH4169高溫合金基材上增材制造板状GH4169高溫合金的示意图。
[0027] 图8是本发明实例1中采用WC〇2激光器为高能束流的增材制造设备在不诱钢基材 上增材制造块状GH4169高溫合金的示意图。
[002引图9是本发明实例中所述的充氣惰性气氛加工室结构示意框图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合具体的实施例对本发明做