針對(duì)高溫延展性和應(yīng)力斷裂壽命的增材制造
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本公開要求2013年2月I日提交的美國(guó)臨時(shí)專利公開序號(hào)61/759，886的優(yōu)先權(quán)。
[0002]本公開一般涉及增材制造(additive manufacturing)的系統(tǒng)和過程。
[0003]增材制造過程使用3D CAD數(shù)據(jù)作為數(shù)字信息源并使用例如高功率激光束的能量源以通過熔合微細(xì)金屬粉末來形成三維金屬零部件。與鍛造合金相比，當(dāng)增材制造時(shí)一些合金可具有不同的特性。
【附圖說明】
[0004]通過對(duì)公開的非限制性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，各種特征將變得明顯。伴隨詳細(xì)描述的附圖能夠簡(jiǎn)要描述如下:
圖1是根據(jù)一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例的增材制造系統(tǒng)的一般示意圖；
圖2是針對(duì)經(jīng)由圖3的過程制造的SLM-625和鍛造合金625部件的容許拉伸延伸率的圖示；
圖3是根據(jù)一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例的針對(duì)高溫延展性和應(yīng)力斷裂壽命的增材制造過程；
圖4是根據(jù)另一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例的針對(duì)高溫延展性和應(yīng)力斷裂壽命的增材制造過程；
圖5是根據(jù)另一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例的針對(duì)高溫延展性和應(yīng)力斷裂壽命的增材制造過程；以及
圖6是用于與圖5的過程一起使用的增材制造系統(tǒng)的一般示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0005]圖1示意性地圖示了增材制造系統(tǒng)20。系統(tǒng)20—般包括具有粉末床(powder bed)24的構(gòu)建室22、例如激光器的一個(gè)或多個(gè)能量源26以及控制裝置28(全部示意性地圖示)。應(yīng)當(dāng)理解的是，如本文所限定的，“增材制造”系統(tǒng)包括但不限于選擇性激光熔化(SLM)、粉末床電子束熔化(EBM)、電子束自由形式制造(EBF3 )、激光近凈成形(LENS )等。還應(yīng)當(dāng)理解的是，可附加地或替代性地提供各種部件和子系統(tǒng)。
[0006]增材制造系統(tǒng)20通過連續(xù)地熔化霧化合金粉末材料的2D層來構(gòu)建部件，以創(chuàng)建CAD文件所限定的3D固體?？墒褂酶鞣N金屬粉末，包括鐵、鎳、鈷、鈦或鋁基的合金。合金625、合金718和合金230可被用于在高溫環(huán)境中操作的部件，例如典型的航空航天部件和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件。
[0007]然而，已發(fā)現(xiàn)由特定合金構(gòu)成的增材制造部件，例如由合金625增材制造的那些部件(本文中稱為“ SLM-625 ”)，與相對(duì)應(yīng)的鍛造合金625相比固有地帶有具有相對(duì)低的高溫延展性的產(chǎn)出材料屬性，即使當(dāng)在其上執(zhí)行例如應(yīng)力消除、熱等靜壓和固溶熱處理(solut1n heat treat)的傳統(tǒng)熱處理過程時(shí)也是如此。例如，與在1400F下高于~50%以及在1700F下高于?70%的鍛造合金625的拉伸延展率對(duì)比，測(cè)試的SLM-625樣品具有如下拉伸延伸率，S卩:在1400F下彡15%以及在1700F下彡10% (圖2)。與鍛造合金625相比應(yīng)力斷裂壽命也是相對(duì)低的。申請(qǐng)人已確定，一個(gè)潛在的根本原因是由于與當(dāng)前的增材處理和熱處理有關(guān)的獨(dú)特特征引起的相對(duì)于鍛造合金625的SLM-625中較弱的晶界(grainboundaries)ο如當(dāng)前所處理的，SLM-625的晶界不具有加強(qiáng)鍛造合金625的晶界的碳化物。
[0008]參照?qǐng)D3，在一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例中，通過過程100來增加增材制造的部件(步驟102)的高溫延展性和應(yīng)力斷裂壽命，所述過程100經(jīng)由在完成用于增材制造的部件的當(dāng)前的常規(guī)熱處理步驟(步驟104、106和108)之后執(zhí)行的附加的熱處理步驟110，來在晶界處析出(precipitate)碳化物。通常，后構(gòu)建熱處理是增材制造過程的組成部分。需要應(yīng)力消除(步驟104)以最小化由構(gòu)建周期期間產(chǎn)生的殘余應(yīng)力引起的變形，從而維持尺寸完整性。熱等靜壓(步驟106)封閉制造的部分中的殘余孔隙，并且固溶處理(步驟108)為大部分后續(xù)的制造和處理步驟提供理想的微結(jié)構(gòu)。
[0009]在附加的熱處理步驟(步驟110)的一個(gè)示例中，將合金625的常規(guī)處理的增材制造的部件加熱至1450F并保持在1450F持續(xù)大約10小時(shí)會(huì)在晶界處析出期望的碳化物。
[0010]參照?qǐng)D4，在另一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例中，可以替代性地或附加地通過過程200來增加增材制造的部件的高溫延展性和應(yīng)力斷裂壽命，所述過程200在增材制造過程(步驟202)期間使用碳含量增加的合金粉末，例如具有超過大約0.02%的碳的合金粉末，并且在一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例中，合金粉末具有在大約0.03%至大約0.04%之間的碳。就是說，部件的特定構(gòu)建層或整體可使用碳含量增加的霧化合金粉末材料。然后，可在先前經(jīng)過應(yīng)力消除、熱等靜壓和固溶熱處理的部件(步驟204-208)上可選地執(zhí)行圖2的進(jìn)一步的后處理熱處理過程(步驟210)。
[0011]參照?qǐng)D5，在另一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例中，可以替代性地或附加地經(jīng)由通過在含有富碳物種(例如，烴類氣體)的環(huán)境中熔化而使構(gòu)建材料就地滲碳，來增加增材制造的部件的高溫延展性和應(yīng)力斷裂壽命(步驟302)。就是說，注入系統(tǒng)30(示意性地圖示；圖6)操作來在增材制造過程期間維持構(gòu)建室22中的滲碳環(huán)境。滲碳?xì)怏w可在特定層或所有層的構(gòu)建期間注入。此外，滲碳?xì)怏w的注入可以可選地單獨(dú)使用或與圖2的后處理熱處理過程(步驟310)和/或碳含量增加的合金粉末(圖3)結(jié)合使用。
[0012]在描述的語境下(尤其是在以下權(quán)利要求的語境下)用語“一”、“一個(gè)”、“一種”和“所述”的使用以及類似引用應(yīng)被解釋為覆蓋單數(shù)和復(fù)數(shù)兩者，除非本文另有指示或者明確與上下文矛盾。與數(shù)量一起使用的修飾語“大約”包括陳述的值并且具有上下文指定的含義(例如，它包括與特定數(shù)量的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的誤差的程度)。本文公開的所有范圍都包括端點(diǎn)，并且這些端點(diǎn)可獨(dú)立地彼此結(jié)合。應(yīng)當(dāng)理解的是，相對(duì)位置用語，例如“前”、“后”、“上”、“下”、“上方”、“下方”等，都參考設(shè)備的正常操作姿態(tài)，并且不應(yīng)被認(rèn)為在其他方面是限制性的。
[0013]盡管不同的非限制性實(shí)施例具有特定的圖示部件，但本發(fā)明的實(shí)施例不限于那些特定組合。來自非限制性實(shí)施例中的任何實(shí)施例的部件或特征中的一些可與來自其他非限制性實(shí)施例中的任何實(shí)施例的特征或部件結(jié)合使用。
[0014]應(yīng)當(dāng)理解的是，貫穿這幾個(gè)附圖，相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)相對(duì)應(yīng)或相似的元件。還應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管圖示實(shí)施例中公開了特定的部件布置，但其他布置將獲益于此。
[0015]盡管示出、描述和要求了特定的步驟序列，但應(yīng)理解的是，步驟可單獨(dú)地或結(jié)合地按任何順序執(zhí)行，除非另有指示，并且仍將獲益于本公開。
[0016]前述描述是示例性的而非受其中的限制限定。本文公開了各種非限制性實(shí)施例，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，鑒于以上教導(dǎo)的各種修改和變型將落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可按不同于具體描述的方式實(shí)踐本公開。因此，應(yīng)當(dāng)研究所附權(quán)利要求以確定真實(shí)的范圍和內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制造過程，包括: 對(duì)部件進(jìn)行增材制造；以及 在所述部件的晶界處析出碳化物。2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 在于所述部件的晶界處析出碳化物之前，給所述部件提供應(yīng)力消除、熱等靜壓和固溶熱處理。3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括: 在給所述部件提供應(yīng)力消除、熱等靜壓和固溶熱處理的所述步驟之后，利用熱處理過程在所述部件的晶界處析出碳化物。4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 在所述增材制造過程期間，利用碳含量增加的合金粉末來增材制造所述部件。5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括: 在于所述部件的晶界處析出碳化物之前，給所述部件提供應(yīng)力消除、熱等靜壓和固溶熱處理。6.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括: 在給所述部件提供應(yīng)力消除、熱等靜壓和固溶熱處理的所述步驟之后，利用熱處理過程在所述部件的晶界處析出碳化物。7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 在所述部件的增材制造期間，將滲碳?xì)怏w注入到構(gòu)建室中。8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括: 在所述增材制造過程期間，利用碳含量增加的合金粉末來增材制造所述部件。9.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括: 在于所述部件的晶界處析出碳化物之前，給所述部件提供應(yīng)力消除、熱等靜壓和固溶熱處理。10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括: 在給所述部件提供應(yīng)力消除、熱等靜壓和固溶熱處理的所述步驟之后，利用熱處理過程在所述部件的晶界處析出碳化物。11.一種增材制造系統(tǒng)，包括: 構(gòu)建室；以及 滲碳?xì)怏w注入系統(tǒng)，其待在增材制造過程期間將滲碳?xì)怏w注入到所述構(gòu)建室中。12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述構(gòu)建室包括具有碳含量增加的合金粉末的粉末床。13.一種熱處理過程，包括: 給利用增材制造過程產(chǎn)生的部件提供應(yīng)力消除、熱等靜壓和固溶熱處理；以及 利用熱處理過程在已熱處理的部件的晶界處析出碳化物。14.如權(quán)利要求13所述的過程，還包括: 在所述部件的增材制造期間，將滲碳?xì)怏w注入到構(gòu)建室中。15.如權(quán)利要求13所述的過程，還包括: 在所述增材制造過程期間，利用碳含量增加的合金粉末來增材制造所述部件。
【專利摘要】一種制造過程，包括對(duì)部件進(jìn)行增材制造；以及在所述部件的晶界處析出碳化物。
【IPC分類】B23K20/00, C23C8/20, B22F5/00, B22F3/24, B22F3/105
【公開號(hào)】CN105026075
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380072059
【發(fā)明人】D.E.馬特茨克, C.L.斯文格勒
【申請(qǐng)人】特拉華空氣噴射火箭達(dá)因公司
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2013年5月31日
【公告號(hào)】EP2950952A1, US20150336171, WO2014120264A1