RU2623537C2 - Parts manufacturing method by layer laser alloying of heat-resistant alloys based on nickel metallic powders - Google Patents
Parts manufacturing method by layer laser alloying of heat-resistant alloys based on nickel metallic powders Download PDFInfo
- Publication number
- RU2623537C2 RU2623537C2 RU2015148793A RU2015148793A RU2623537C2 RU 2623537 C2 RU2623537 C2 RU 2623537C2 RU 2015148793 A RU2015148793 A RU 2015148793A RU 2015148793 A RU2015148793 A RU 2015148793A RU 2623537 C2 RU2623537 C2 RU 2623537C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- layer
- chromium
- nickel
- metal powder
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 67
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 46
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000005275 alloying Methods 0.000 title abstract description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 22
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 7
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910001203 Alloy 20 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- -1 chromium nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологиям послойного синтеза, а именно к изготовлению деталей послойным лазерным сплавлением металлических порошков хромсодержащих жаропрочных сплавов на никелевой основе, и может использоваться для изготовления деталей газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ), применяемых в ракетной и авиационной промышленности.The invention relates to layer-by-layer synthesis technologies, namely to the manufacture of parts by layer-by-layer laser alloying of metal powders of chromium-containing heat-resistant nickel-based alloys, and can be used to manufacture parts of gas turbine engines (GTE) and gas turbine units (GTU) used in the rocket and aviation industries.
Известен способ изготовления детали послойным лазерным сплавлением металлического порошка, включающий лазерное сплавление указанного порошка в инертной среде с получением слоя детали и ротационную сварку трением каждого слоя, которая обеспечивает формирование нанокристаллической решетки металла с высокой прочностью и пластичностью и отсутствием трещин (CN 104404509 А, 11.03.2015).A known method of manufacturing a part by layer-by-layer laser fusion of a metal powder, including laser fusion of the specified powder in an inert medium to obtain a part layer and rotational friction welding of each layer, which ensures the formation of a nanocrystalline metal lattice with high strength and ductility and no cracks (CN 104404509 A, 11.03. 2015).
Недостатками известного способа являются невозможность изготовления сложнопрофильных деталей с внутренними каналами, высокая шероховатость поверхностей и низкая геометрическая точность изготавливаемой детали, обусловленная ротационной сваркой трением полученных слоев металлического порошка.The disadvantages of this method are the inability to manufacture complex parts with internal channels, high surface roughness and low geometric accuracy of the manufactured parts, due to rotational friction welding of the obtained layers of metal powder.
Известен способ изготовления прототипа изделия или детали в соответствии с трехмерной моделью готового изделия путем осаждения слоев металлического материала в виде порошка без связующих или флюсов, включающий полное расплавление металлического порошка в защитной атмосфере газа по толщине слоя при воздействии лазерного луча, при этом лазерный луч проходит по заданной области порошка несколько раз так, что каждый проход перекрывает предыдущий (US 6215093 В1, 10.04.2001).A known method of manufacturing a prototype product or part in accordance with a three-dimensional model of the finished product by deposition of layers of metal material in the form of a powder without binders or fluxes, including the complete melting of the metal powder in a protective atmosphere of gas through the thickness of the layer when exposed to a laser beam, while the laser beam passes through a given area of the powder several times so that each passage overlaps the previous one (US 6215093 B1, 04/10/2001).
Недостатками известного способа являются высокая пористость (до 1%) изготавливаемого изделия из-за применения металлического порошка фракционного состава менее 100 мкм с высоким содержанием вредной примеси-кислорода и наличием дефектных гранул в виде закрытой аргоной пористости, отсутствия в предлагаемом способе последующей операции горячего изостатического прессования (ГИП), что приводит к снижению механических свойств и структурной неоднородности изготавливаемого изделия.The disadvantages of this method are the high porosity (up to 1%) of the manufactured product due to the use of a metal powder of a fractional composition of less than 100 μm with a high content of harmful oxygen impurities and the presence of defective granules in the form of porosity closed by argon, the absence of a subsequent hot isostatic pressing operation in the proposed method (GUI), which leads to a decrease in mechanical properties and structural heterogeneity of the manufactured product.
Наиболее близким аналогом является способ изготовления деталей из суперсплавов путем послойного аддитивного наращивания, включающий нанесение слоя металлического порошка на подложку, сканирование порошка лазером с получением расплава, в процессе чего идет избирательное плавление порошка и формируется первый слой, формирование аналогичным образом последующих слоев с получением трехмерной детали заданной формы, причем сканирование порошка лазером осуществляют построчным методом, при котором расстояние между линиями воздействия лазера составляет не более чем две толщины формируемого слоя. После изготовления детали проводят горячее изостатическое прессование в среде аргона и термическую обработку полученной детали (US 2014034626 А1, 06.02.2014).The closest analogue is the method of manufacturing parts from superalloys by layer-by-layer additive build-up, which includes applying a layer of metal powder to a substrate, scanning the powder with a laser to obtain a melt, during which selective melting of the powder occurs and the first layer is formed, the subsequent layers are formed in a similar way to obtain a three-dimensional part a predetermined shape, and powder scanning by a laser is carried out by the line-by-line method, in which the distance between the lines of exposure to EPA is not more than the thickness of the formed two layers. After the manufacture of the part, hot isostatic pressing is carried out in an argon medium and heat treatment of the obtained part is carried out (US2014034626 A1, 02/06/2014).
Недостатками способа-прототипа являются невысокие механические свойства изготавливаемой детали из-за применения металлических порошков жаропрочных сплавов на основе никеля, содержащих закрытые поры, наполненные аргоном, что является неизбежным в процессе их получения методом распыления расплава инертным газом (аргоном), являющегося наиболее распространенным для получения порошков данного типа.The disadvantages of the prototype method are the low mechanical properties of the manufactured part due to the use of metal powders of heat-resistant nickel-based alloys containing closed pores filled with argon, which is inevitable in the process of their production by spraying the melt with an inert gas (argon), which is the most common to obtain powders of this type.
Техническим результатом предложенного изобретения является получение деталей путем послойного лазерного сплавления металлических порошков хромсодержащих жаропрочных сплавов на основе никеля, в том числе имеющих высокие температуры плавления, с низкой пористостью, шероховатостью и содержанием вредной примеси кислорода, а также высокими механическими свойствами.The technical result of the proposed invention is to obtain parts by layer-by-layer laser fusion of metal powders of chromium-containing heat-resistant nickel-based alloys, including those having high melting points, with low porosity, roughness and content of harmful oxygen impurities, as well as high mechanical properties.
Для достижения технического результата предложен способ изготовления детали из хромсодержащего жаропрочного сплава 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. Металлический порошок хромсодержащего жаропрочного сплава на основе никеля предварительно подвергают газодинамической сепарации с последующей дегазацией, а процесс сплавления слоев порошка лазерным лучом проводят в защитной атмосфере азота, при этом перед горячим изостатическим прессованием полученную деталь помещают в среду электрокорунда и стружки титана или титанового сплава без соприкосновения детали с упомянутой стружкой.To achieve a technical result, a method for manufacturing a part from a nickel-based chromium-containing heat-resistant alloy is proposed, comprising layer-by-layer deposition of nickel-based chromium-containing heat-resistant alloy powder on a substrate and laser-fusion of metal powder layers with the formation of the part, hot isostatic pressing of the obtained part in argon and its environment heat treatment. The metal powder of a chromium-containing heat-resistant nickel-based alloy is preliminarily subjected to gas-dynamic separation followed by degassing, and the process of fusion of the powder layers with a laser beam is carried out in a protective atmosphere of nitrogen, and before the hot isostatic pressing, the resulting part is placed in an electrocorundum and shavings of titanium or a titanium alloy without contact of the part with the mentioned chips.
Предпочтительно использовать металлический порошок хромсодержащего жаропрочного сплава на основе никеля фракционного состава менее 63 мкм.It is preferable to use a metal powder of a chromium-containing heat-resistant alloy based on nickel with a fractional composition of less than 63 microns.
На подложку предпочтительно наносить слой порошка толщиной от 20 до 50 мкм.It is preferable to apply a layer of powder on a substrate with a thickness of 20 to 50 microns.
Предпочтительно использовать металлический порошок хромсодержащего жаропрочного сплава на основе никеля с содержанием кислорода менее 0,01 мас. %.It is preferable to use a metal powder of a chromium-containing heat-resistant alloy based on nickel with an oxygen content of less than 0.01 wt. %
Селективное сплавление порошка лазерным лучом лучше проводить со скоростью от 0,5 до 2 м/сек.Selective fusion of the powder with a laser beam is best done at a speed of 0.5 to 2 m / s.
Газодинамическая сепарация металлического порошка хромсодержащего жаропрочного сплава на основе никеля позволяет исключить наличие в нем тонкой (агломерирующей) фракции менее 10 мкм, препятствующей равномерному нанесению на подложку, а также дефектных - пористых гранул, внутри которых содержится локальный объем инертного газа аргона. Применение таких гранул в процессе лазерного сплавления приводит к структурной неоднородности (пористости) сплавленных слоев, что отрицательно сказывается на механических свойствах изготавливаемой детали. В большей степени достичь однородности сплавленных слоев можно используя порошки небольшого фракционного состава менее 63 мкм.Gas-dynamic separation of a metal powder of a chromium-containing heat-resistant nickel-based alloy allows one to exclude the presence of a thin (agglomerating) fraction of less than 10 μm in it, which prevents uniform application to the substrate, as well as defective - porous granules, inside which contains a local volume of inert argon gas. The use of such granules in the laser fusion process leads to structural heterogeneity (porosity) of the fused layers, which negatively affects the mechanical properties of the manufactured part. To a greater extent, uniformity of the fused layers can be achieved using powders of a small fractional composition of less than 63 microns.
Газодинамическую сепарацию проводят при помощи классификатора, принцип действия которого основан на разделении частиц порошка в зависимости от массы, где сепарирующим узлом является вращающийся 30-канальный ротор.Gas-dynamic separation is carried out using a classifier, the principle of which is based on the separation of powder particles depending on mass, where the separating unit is a rotating 30-channel rotor.
Дегазация металлического порошка хромсодержащего жаропрочного сплава на никелевой основе фракционного состава менее 63 мкм позволяет удалить с поверхности частиц порошка адсорбированный кислород, который является вредной газовой примесью, приводящей к снижению механических свойств изготавливаемой детали.Degassing a metal powder of a chromium-containing heat-resistant nickel-based alloy with a fractional composition of less than 63 μm allows you to remove adsorbed oxygen from the surface of the powder particles, which is a harmful gas impurity, leading to a decrease in the mechanical properties of the manufactured part.
С целью получения детали большей геометрической точности и высокими механическими свойствами предпочтительно использовать металлический порошок хромсодержащего жаропрочного сплава на основе никеля фракционного состава менее 63 мкм с содержанием кислорода менее 0,01 мас. %.In order to obtain details of greater geometric accuracy and high mechanical properties, it is preferable to use a metal powder of a chromium-containing heat-resistant alloy based on nickel of a fractional composition of less than 63 microns with an oxygen content of less than 0.01 wt. %
Дегазацию проводят посредством вакуумирования камеры, в которую помещен порошок, с последующим нагревом до повышенной температуры и выдержке при ней в течение заданного времени.Degassing is carried out by evacuating the chamber in which the powder is placed, followed by heating to an elevated temperature and holding it for a predetermined time.
Изготовление детали послойным лазерным сплавлением металлического порошка жаропрочного сплава на основе никеля состоит из следующих этапов. В начале процесса моделируется электронная 3D-модель детали при помощи системы твердотельного моделирования. Программное обеспечение разделяет модель на слои. Затем файл с разделенной на слои электронной моделью передается на оборудование для трехмерной печати (3D-принтер). Порошковый материал с помощью специального устройства распределяется тонким слоем на рабочей поверхности подложки, толщина которого не превышает 50 мкм. Лазер селективно осуществляет расплавление порошка в атмосфере азота для формирования первого слоя детали. После лазерного сплавления первого слоя металлического порошка подложка опускается на определенный уровень, наносится новый слой порошкового материала, и процесс многократно повторяется до завершения изготовления детали.The manufacture of a part by layer-by-layer laser fusion of a metal powder of a heat-resistant nickel-based alloy consists of the following steps. At the beginning of the process, an electronic 3D model of the part is modeled using a solid modeling system. The software divides the model into layers. Then the file with the layered electronic model is transferred to the equipment for three-dimensional printing (3D printer). Powder material using a special device is distributed in a thin layer on the working surface of the substrate, the thickness of which does not exceed 50 microns. The laser selectively melts the powder in a nitrogen atmosphere to form the first layer of the part. After laser fusion of the first layer of metal powder, the substrate is lowered to a certain level, a new layer of powder material is applied, and the process is repeated many times until the manufacture of the part is completed.
Сплавление металлического порошка хромсодержащего жаропрочного сплава на основе никеля лазерным лучом в защитной атмосфере азота приводит к повышению механических свойств, в частности жаропрочности изготавливаемых деталей, за счет упрочнения границ зерен ультрадисперсными выделениями нитридов хрома, образующихся в результате объемного азотирования.The fusion of a metal powder of a chromium-containing heat-resistant nickel-based alloy with a laser beam in a protective atmosphere of nitrogen leads to an increase in mechanical properties, in particular, the heat resistance of manufactured parts, due to hardening of grain boundaries by ultrafine precipitates of chromium nitrides resulting from volume nitriding.
Селективное сплавление (сканирование) порошка лазерным лучом лучше проводить со скоростью от 0,5 до 2 м/сек. Указанная скорость обеспечивает стабильный процесс изготовления деталей за счет полного расплавления металлических порошков хромсодержащих жаропрочных сплавов на основе никеля сплавляемого слоя.Selective fusion (scanning) of the powder with a laser beam is best done at a speed of 0.5 to 2 m / s. The specified speed provides a stable process for manufacturing parts due to the complete melting of metal powders of chromium-containing heat-resistant alloys based on nickel alloy layer.
В процессе изготовления каждое сечение формируемой детали лучше разбивать на отдельные фрагменты квадратной формы, которые формируются с помощью лазерного сплавления металлического порошка перпендикулярно относительно друг друга, а при сплавлении следующего слоя детали шаг прохождения лазерного луча сдвигается. Это позволяет понизить термические напряжения, возникающие в процессе лазерного сплавления, за счет локализации внутренних напряжений сплавленного металла в небольшом участке и снижения их до минимума, что обеспечивает стабильность технологического процесса и изготовление детали заданной геометрической формы с высокой точностью.During the manufacturing process, each cross section of the formed part is better divided into individual square-shaped fragments, which are formed by laser fusion of the metal powder perpendicular to each other, and when the next layer of the part is fused, the laser beam propagation step is shifted. This allows to reduce the thermal stresses arising in the process of laser fusion, due to the localization of the internal stresses of the alloyed metal in a small area and reduce them to a minimum, which ensures the stability of the process and the manufacture of parts of a given geometric shape with high accuracy.
Проведение процесса горячего изостатического прессования детали, изготовленной послойным лазерным сплавлением металлического порошка хромсодержащего жаропрочного сплава на основе никеля, в среде электрокорунда и стружки титана или титанового сплава (стружка-газопоглотитель), с которой деталь не соприкасается, обеспечивает уменьшение толщины окисленного слоя за счет снижения электрокорундом интенсивности циркуляции прессующей среды аргона у поверхности обрабатываемых деталей и поглощения из нее примесей кислорода стружкой-газопоглотителем, содержащей титан, имеющий высокое химическое сродство с кислородом. Во избежание высокотемпературного взаимодействия материала детали и стружки титана или титанового сплава во время горячего изостатического прессования деталь и стружка не должны соприкасаться, что достигается наличием в камере внутренней полости с полыми стенками, в которых находится смесь электрокорунда и стружки.The process of hot isostatic pressing of a part made by layer-by-layer laser alloying of a metal powder of a chromium-containing heat-resistant nickel-based alloy in an electrocorundum and titanium or titanium alloy shavings (chip-getter), with which the part does not come into contact, reduces the thickness of the oxidized layer by reducing electrocorundum the intensity of the circulation of the argon pressing medium at the surface of the workpieces and the absorption of oxygen impurities from it by gas shavings glotitelem containing titanium having a high affinity with oxygen. In order to avoid high-temperature interaction of the material of the part and the titanium or titanium alloy shavings during hot isostatic pressing, the part and shavings should not come into contact, which is achieved by the presence in the chamber of an internal cavity with hollow walls, in which there is a mixture of electrocorundum and shavings.
Примеры осуществленияExamples of implementation
Пример 1Example 1
Предложенным способом была изготовлена деталь «завихритель» фронтового устройства камеры сгорания газотурбинного двигателя и также были изготовлены образцы-свидетели. В качестве сплавляемого порошка использовали порошок хромсодержащего жаропрочного сплава на никелевой основе марки ЭП648.The proposed method was made detail "swirl" of the front-end device of the combustion chamber of a gas turbine engine and witness samples were also made. An EP648 grade chromium-containing heat-resistant nickel-based alloy powder was used as a fused powder.
Из первоначального металлического порошка сплава ЭП648 выделяли фракцию размером менее 63 мкм путем рассева на виброгрохоте с использованием сит соответствующего размера ячеек.A fraction of a size of less than 63 μm was isolated from the initial metal powder of the EP648 alloy by sieving on a vibrating screen using sieves of the appropriate cell size.
Полученную фракцию подвергали газодинамической сепарации для отделения дефектных пористых гранул и тонкой агломерирующей составляющей (менее 10 мкм). Процесс отделения проводили в перчаточном боксе с расположенным внутри оборудованием для виброподачи порошка, соединенном с классификатором, принцип действия которого основан на газодинамической сепарации частиц порошка в зависимости от массы, где сепарирующим узлом является 30-канальный ротор. Процесс сепарации проводили по следующему режиму: скорость вращения ротора - 6000 об/мин, диаметр сечения подсоса - 35 мм.The obtained fraction was subjected to gas-dynamic separation to separate defective porous granules and a fine agglomerating component (less than 10 μm). The separation process was carried out in a glove box with equipment for vibrating powder feeding located inside, connected to a classifier, the principle of which is based on gas-dynamic separation of powder particles depending on mass, where the separating unit is a 30-channel rotor. The separation process was carried out according to the following mode: rotor rotation speed - 6000 rpm, suction cross-section diameter - 35 mm.
Эффективность газодинамической сепарации пористых гранул была подтверждена исследованием растровой электронной микроскопией микроструктуры поперечных шлифов, которое показало, что в отсеве при данном режиме сепарации в «легких» гранулах содержалось около 50% пораженных пористостью гранул. При исследовании отделенных «тяжелых» частиц порошка пористых гранул не было обнаружено.The efficiency of gas-dynamic separation of porous granules was confirmed by scanning electron microscopy by studying the microstructure of transverse sections, which showed that about 50% of granules affected by porosity were contained in the screenings during this separation mode in “light” granules. In the study of the separated "heavy" particles of powder, porous granules were not found.
Для удаления (десорбции) вредной газовой примеси - кислорода с поверхности металлического порошка сплава ЭП648 проводили дегазацию по следующему режиму. Порошок помещали в камеру, затем ее вакуумировали до степени 1,3*10-7 МПа. По достижении требуемого вакуума включали нагрев до 400°С и выдерживали при данной температуре в течение 8 часов.To remove (desorption) a harmful gas impurity - oxygen from the surface of a metal powder of alloy EP648, degassing was carried out according to the following mode. The powder was placed in a chamber, then it was evacuated to a degree of 1.3 * 10 -7 MPa. Upon reaching the desired vacuum, heating was turned on to 400 ° C and held at this temperature for 8 hours.
Изготовление детали и образцов-свидетелей проводили в атмосфере азота с помощью промышленного оборудования для трехмерной печати Concept Laser М2 Cusing.Parts and witness specimens were manufactured in a nitrogen atmosphere using Concept Laser M2 Cusing industrial 3D printing equipment.
Вначале нанесли слой металлического порошка сплава ЭП648 толщиной 30 мкм на стальную подложку, а затем произвели лазерное сплавление порошка при мощности лазера 180 Вт, диаметре луча 50 мкм и скорости сплавления (сканирования) 0,8 м/сек. Данные стадии повторяли до полного изготовления детали и образцов-свидетелей.First, a layer of a metal powder of EP648 alloy with a thickness of 30 μm was deposited on a steel substrate, and then laser powder was fused at a laser power of 180 W, a beam diameter of 50 μm, and a fusion (scanning) speed of 0.8 m / s. These steps were repeated until the part and witness samples were completely manufactured.
Далее изготовленную деталь и образцы-свидетели помещали в емкость, во внутренней полости которой имелись полые стенки. Стенки плотно набивали смесью электрокорунда и стружки титанового сплава ВТ-0, после чего емкость закрыли крышкой.Next, the fabricated part and witness samples were placed in a container, in the inner cavity of which there were hollow walls. The walls were densely packed with a mixture of electrocorundum and shavings of VT-0 titanium alloy, after which the container was closed with a lid.
Далее проводили горячее изостатическое прессование детали при давлении 150 МПа, температуре 1190°С и времени выдержки 3 часа. Термическую обработку изготовленной детали и образцов-свидетелей проводили по стандартному для сплава ЭП648 режиму: закалка при температуре 1190°С и времени выдержки 3 часа, далее - охлаждение на воздухе, старение при температуре 900°С и времени выдержки 16 часов и охлаждение на воздухе.Next, hot isostatic pressing of the part was carried out at a pressure of 150 MPa, a temperature of 1190 ° C and a holding time of 3 hours. Heat treatment of the manufactured part and witness samples was carried out according to the standard regime for EP648 alloy: quenching at a temperature of 1190 ° C and a holding time of 3 hours, then cooling in air, aging at a temperature of 900 ° C and a holding time of 16 hours and cooling in air.
Пример 2Example 2
Способом-прототипом изготавливали деталь «завихритель» и образцы-свидетели из порошка жаропрочного сплава на никелевой основе ЭП648.Using the prototype method, the “swirler” part and witness samples were made of powder of heat-resistant alloy based on EP648 nickel.
Изготовление детали и образцов-свидетелей проводили в атмосфере аргона следующим образом. Вначале нанесли слой металлического порошка сплава ЭП648 толщиной 20 мкм на стальную подложку. Последующее лазерное сплавление порошка проводили при мощности лазера 200 Вт, диаметре луча лазера 100 мкм и скорости сканирования поперченного сечения фрагментов 3 м/сек. Вышеуказанные операции проводили до тех пор, пока не была изготовлена вся деталь и образцы-свидетели. Изготовленную деталь и образцы-свидетели подвергали горячему изостатическому прессованию вместе с предварительно разрезанной на части подложкой, на которой формировались детали, без использования оснастки от окисления.The manufacture of parts and test pieces was carried out in an argon atmosphere as follows. First, a layer of metal powder of an EP648 alloy 20 μm thick was deposited on a steel substrate. Subsequent laser fusion of the powder was carried out at a laser power of 200 W, a laser beam diameter of 100 μm, and a scanning speed of the cross section of fragments of 3 m / s. The above operations were carried out until all the part and witness samples were manufactured. The fabricated part and witness specimens were subjected to hot isostatic pressing together with a substrate that was previously cut into parts on which the parts were formed, without using any oxidation equipment.
Для исследования механических свойств из образцов-свидетелей изготавливали стандартные образцы. Изготовленную деталь разрезали на несколько частей, из которых изготавливали шлифы для оценки пористости.To study the mechanical properties, standard samples were made from witness samples. The fabricated part was cut into several parts, from which thin sections were made to evaluate porosity.
Исследование механических свойств осуществляли путем проведения испытаний на кратковременную и длительную прочность по ГОСТ 1497-84, ГОСТ 10145-81.The study of mechanical properties was carried out by conducting tests for short-term and long-term strength according to GOST 1497-84, GOST 10145-81.
Оценку пористости проводили путем исследования структуры на растровом электронном микроскопе в соответствии с РТМ 1.2А-096-2000.The porosity was estimated by examining the structure using a scanning electron microscope in accordance with RTM 1.2A-096-2000.
Механические свойства деталей «завихритель», изготовленных предложенным способом и способом-прототипом, и данные анализа пористости приведены в таблице 1, 2.The mechanical properties of the parts "swirler" made by the proposed method and the prototype method, and the analysis of porosity are shown in table 1, 2.
Содержание газовых примесей определяли с использованием газового анализатора LECO TS600 по ГОСТ 24018.7-91, ГОСТ 24018.8-91.The content of gas impurities was determined using a gas analyzer LECO TS600 according to GOST 24018.7-91, GOST 24018.8-91.
Результаты газового анализа деталей, изготовленных предлагаемым способом и способом-прототипом, приведены в таблице 2.The results of the gas analysis of parts manufactured by the proposed method and the prototype method are shown in table 2.
Исследование шероховатости проводили на конфокальном лазерном сканирующем микроскопе (КЛСМ) OLYMPUS LEXT OLS3100. Шероховатость измеряли в соответствии с ГОСТ 2789-73, определяли следующие параметры шероховатости:The roughness study was carried out on a OLYMPUS LEXT OLS3100 confocal laser scanning microscope (CLSM). The roughness was measured in accordance with GOST 2789-73, the following roughness parameters were determined:
- (Si) Rai - среднее арифметическое отклонение профиля (по ГОСТ 2789-73);- (S i ) Ra i - arithmetic mean deviation of the profile (according to GOST 2789-73);
- (Si) Rzi - максимальная высота неровности профиля по десяти точкам (по ГОСТ 2789-73).- (S i ) Rz i - the maximum height of the roughness of the profile at ten points (according to GOST 2789-73).
Результаты исследования шероховатости поверхности деталей, изготовленных предлагаемым способом и способом-прототипом, приведены в таблице 3.The results of the study of the surface roughness of parts made by the proposed method and the prototype method are shown in table 3.
Из таблиц 1-3 видно, что деталь «завихритель», изготовленная из порошка хромсодержащего жаропрочного сплава ЭП648 предлагаемым способом, по сравнению с деталью, изготовленной способом-прототипом, имеет повышенные механические свойства: по пределу прочности - на 30%, пределу текучести - на 10%, относительному удлинению - в 2 раза, относительному сужению - в 4 раза. Содержание кислорода снизилось в 3 раза, пористость снизилась в 25 раз, а шероховатость - в 1,5 раза.From tables 1-3 it is seen that the part "swirler" made of powder of a chromium-containing heat-resistant alloy EP648 by the proposed method, in comparison with the part made by the prototype method, has increased mechanical properties: by tensile strength - by 30%, yield strength - by 10%, relative elongation - 2 times, relative narrowing - 4 times. The oxygen content decreased by 3 times, the porosity decreased by 25 times, and the roughness by 1.5 times.
Предлагаемый способ позволяет изготавливать детали газотурбинных двигателей с высокими механическими свойствами практически любой геометрической формы, которые невозможно изготовить традиционными технологиями.The proposed method allows to manufacture parts of gas turbine engines with high mechanical properties of almost any geometric shape, which cannot be manufactured by traditional technologies.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148793A RU2623537C2 (en) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Parts manufacturing method by layer laser alloying of heat-resistant alloys based on nickel metallic powders |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148793A RU2623537C2 (en) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Parts manufacturing method by layer laser alloying of heat-resistant alloys based on nickel metallic powders |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015148793A RU2015148793A (en) | 2017-05-19 |
| RU2623537C2 true RU2623537C2 (en) | 2017-06-27 |
Family
ID=58715462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015148793A RU2623537C2 (en) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Parts manufacturing method by layer laser alloying of heat-resistant alloys based on nickel metallic powders |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2623537C2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2688098C1 (en) * | 2018-08-10 | 2019-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Method for laser layer-by-layer synthesis of bulk articles from powders |
| RU2701612C1 (en) * | 2018-06-28 | 2019-09-30 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Method of producing coatings with an intermetallic structure |
| RU2713255C1 (en) * | 2019-09-23 | 2020-02-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Method of forming composite material by selective laser melting of refractory nickel alloy powder on a substrate from titanium alloy |
| RU2718823C1 (en) * | 2019-10-08 | 2020-04-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (ФГБОУ ВО СПбГМТУ) | Method for production of topologically optimized water-jet propellers impeller by direct laser growth method |
| RU2767968C1 (en) * | 2021-05-19 | 2022-03-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | METHOD OF PRODUCING PARTS OF SMALL-SIZE GAS TURBINE ENGINE WITH THRUST OF UP TO 150 kgf BY SELECTIVE LASER FUSION |
| RU2824784C2 (en) * | 2023-02-08 | 2024-08-13 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | Method for producing parts from heat-resistant alloy “хн50вмтюб” using selective laser melting technology |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110499506B (en) * | 2019-09-02 | 2021-11-05 | 安徽马钢表面技术股份有限公司 | High-toughness high-temperature self-lubricating nickel-based wear-resistant composite layer, preparation method and application |
| CN112025212B (en) * | 2020-07-30 | 2022-08-30 | 西安欧中材料科技有限公司 | Method for processing nondestructive flaw detection surface of powder high-temperature alloy part |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2483835C1 (en) * | 2012-01-19 | 2013-06-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) | Method of producing gas turbine engine long-life parts from nickel alloy powders |
| US20140034626A1 (en) * | 2012-08-06 | 2014-02-06 | Materials Solutions | Additive manufacturing |
| RU2013151901A (en) * | 2012-12-01 | 2015-05-27 | Альстом Текнолоджи Лтд | METHOD FOR PRODUCING METAL COMPONENT BY ADDITIVE LASER MANUFACTURE |
| RU2014107541A (en) * | 2013-02-28 | 2015-09-10 | Альстом Текнолоджи Лтд | METHOD FOR PRODUCING HYBRID COMPONENT |
| EP2923824A1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-09-30 | Seiko Epson Corporation | Method for producing object |
| WO2015170330A1 (en) * | 2014-05-08 | 2015-11-12 | Stratasys Ltd. | Method and apparatus for 3d printing by selective sintering |
-
2015
- 2015-11-13 RU RU2015148793A patent/RU2623537C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2483835C1 (en) * | 2012-01-19 | 2013-06-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) | Method of producing gas turbine engine long-life parts from nickel alloy powders |
| US20140034626A1 (en) * | 2012-08-06 | 2014-02-06 | Materials Solutions | Additive manufacturing |
| RU2013151901A (en) * | 2012-12-01 | 2015-05-27 | Альстом Текнолоджи Лтд | METHOD FOR PRODUCING METAL COMPONENT BY ADDITIVE LASER MANUFACTURE |
| RU2014107541A (en) * | 2013-02-28 | 2015-09-10 | Альстом Текнолоджи Лтд | METHOD FOR PRODUCING HYBRID COMPONENT |
| EP2923824A1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-09-30 | Seiko Epson Corporation | Method for producing object |
| WO2015170330A1 (en) * | 2014-05-08 | 2015-11-12 | Stratasys Ltd. | Method and apparatus for 3d printing by selective sintering |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2701612C1 (en) * | 2018-06-28 | 2019-09-30 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Method of producing coatings with an intermetallic structure |
| RU2688098C1 (en) * | 2018-08-10 | 2019-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Method for laser layer-by-layer synthesis of bulk articles from powders |
| RU2713255C1 (en) * | 2019-09-23 | 2020-02-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Method of forming composite material by selective laser melting of refractory nickel alloy powder on a substrate from titanium alloy |
| RU2718823C1 (en) * | 2019-10-08 | 2020-04-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (ФГБОУ ВО СПбГМТУ) | Method for production of topologically optimized water-jet propellers impeller by direct laser growth method |
| RU2767968C1 (en) * | 2021-05-19 | 2022-03-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | METHOD OF PRODUCING PARTS OF SMALL-SIZE GAS TURBINE ENGINE WITH THRUST OF UP TO 150 kgf BY SELECTIVE LASER FUSION |
| RU2824784C2 (en) * | 2023-02-08 | 2024-08-13 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | Method for producing parts from heat-resistant alloy “хн50вмтюб” using selective laser melting technology |
| RU2830495C1 (en) * | 2023-07-27 | 2024-11-20 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Техномаш имени С.А. Афанасьева" | Method of making parts from dissimilar heat-resistant ultrafine powders by layer-by-layer laser fusion |
| RU2830597C1 (en) * | 2023-12-22 | 2024-11-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Method of producing industrial engine combustion chamber casings using complex technology of direct laser growth |
| RU2831287C1 (en) * | 2023-12-22 | 2024-12-03 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | Method of producing mold for pressing rod models by selective laser fusion of metal powder of stainless steel |
| RU2850463C2 (en) * | 2024-01-10 | 2025-11-11 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | Combustion chamber manufacturing method by selective laser fusion of heat-resistant alloy metal powder |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015148793A (en) | 2017-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2623537C2 (en) | Parts manufacturing method by layer laser alloying of heat-resistant alloys based on nickel metallic powders | |
| CN103624257B (en) | Method for manufacturing three-dimensional article | |
| EP2790858B1 (en) | Method for additively manufacturing an article made of a difficult-to-weld material | |
| Löber et al. | Comparison off selective laser and electron beam melted titanium aluminides | |
| Bauer et al. | Microstructure and mechanical characterisation of SLM processed Haynes® 230® | |
| EP3622095B1 (en) | Aluminum alloy part and process for manufacturing thereof | |
| US9352421B2 (en) | Additive manufacturing | |
| JP5840593B2 (en) | Manufacturing method of parts or coupons made of heat-resistant superalloy | |
| CN105828983B (en) | γ' Precipitation-Enhanced Nickel-Based Superalloys for Powder-Based Additive Manufacturing Processes | |
| CN106964774B (en) | Metal powder, the manufacturing method that moulder is laminated and stacking moulder | |
| CN109396434B (en) | A method for preparing titanium alloy parts based on selective laser melting technology | |
| Ocylok et al. | Functionally graded multi-layers by laser cladding for increased wear and corrosion protection | |
| WO2018189458A1 (en) | Process for manufacturing an aluminum alloy part | |
| RU2015125546A (en) | METHOD FOR LAYERED PRODUCTION OF THE PART BY SELECTIVE MELTING OR SELECTIVE SINTERING OF POWDERS OF A POWDER WITH OPTIMAL DENSITY BY A HIGH-ENERGY BEAM | |
| WO2016181924A1 (en) | Metal powder, method for producing multilayer shaped structure, and multilayer shaped structure | |
| US10267260B2 (en) | Heat-resistant member provided with heat-shielding coating, and method for manufacturing same | |
| Pantělejev et al. | Mechanical and microstructural properties of 2618 Al-Alloy processed by SLM remelting strategy | |
| Praveen Kumar et al. | Microscale investigations on additively manufactured Inconel 718: influence of volumetric energy density on microstructure, texture evolution, defects control and residual stress | |
| CN110918992A (en) | High-temperature alloy powder, additive manufacturing method and part | |
| JP6958289B2 (en) | Aggregate of titanium sponge and its manufacturing method | |
| RU2830495C1 (en) | Method of making parts from dissimilar heat-resistant ultrafine powders by layer-by-layer laser fusion | |
| Lotfian et al. | Chemically graded Fe–Al/steel samples fabricated by laser metal deposition | |
| Rao et al. | Hot Isostatic Pressing Technology for Defence and Space Applications. | |
| Barbieri et al. | Segregation and Crack Formation in Laser Welded IN792 Equiaxed Superalloy | |
| RU2824784C2 (en) | Method for producing parts from heat-resistant alloy “хн50вмтюб” using selective laser melting technology |