Аддитивное изготовление, обеспечивающее высокотемпературную пластичность и увеличенное время до разрушения


B33Y40/00 -
B33Y40/00 -
B33Y40/00 -
B33Y40/00 -
B22F2003/1056 - Порошковая металлургия; производство изделий из металлических порошков; изготовление металлических порошков (способы или устройства для гранулирования материалов вообще B01J 2/00; производство керамических масс уплотнением или спеканием C04B, например C04B 35/64; получение металлов C22; восстановление или разложение металлических составов вообще C22B; получение сплавов порошковой металлургией C22C; электролитическое получение металлических порошков C25C 5/00)

Владельцы патента RU 2670827:

АЭРОДЖЕТ РОКЕТДАЙН ОФ ДЕ, ИНК. (US)

Изобретение относится к изготовлению компонента газотурбинного двигателя из металлического порошка. Способ включает аддитивное изготовление компонента и его термическую обработку. Аддитивное изготовление компонента ведут в формовочной камере, в которую вводят науглероживающий газ, при этом термическую обработку полученного аддитивным изготовлением компонента ведут с обеспечением осаждения карбидов на границах его зерен. Обеспечивается изготовление компонента газотурбинного двигателя, работающего в условиях высоких температур. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Уровень техники

[0001] Настоящим изобретением испрашивается приоритет согласно предварительной заявке на патент США, серийный №61/759,886, поданной 1 февраля 2013 года.

[0002] Настоящее изобретение относится, по существу, к аддитивным системам и процессам изготовления.

[0003] Аддитивные процессы изготовления используют трехмерные CAD-данные в качестве источника цифровой информации, а также источники энергии, в частности, лазерный луч высокой мощности, для формирования трехмерных металлических деталей путем спекания мелкодисперсных металлических порошков. Характеристики некоторых сплавов, полученных в рамках аддитивного процесса, могут отличаться от характеристик деформируемого сплава.

Краткое описание чертежей

[0004] Различные признаки изобретения раскрыты в нижеследующем подробном описании вариантов осуществления изобретения, не имеющих ограничительного характера, очевидным для специалистов в данной области техники путем. Чертежи, сопровождающие подробное описание, можно кратко охарактеризовать следующим образом:

[0005] Фиг. 1 - общее схематичное изображение системы для аддитивного изготовления согласно одному из раскрытых вариантов исполнения, не имеющему ограничительного характера.

[0006] Фиг. 2 - графическое представление допустимого удлинения при растяжении для SLM-625, изготовленного посредством процесса, показанного на фиг. 3, и компонента из деформируемого сплава 625.

[0007] Фиг. 3: процесс аддитивного изготовления для обеспечения высокотемпературной пластичности и увеличения времени до разрушения согласно одному из раскрытых вариантов исполнения, не имеющему ограничительного характера.

[0008] Фиг. 4: процесс аддитивного изготовления для обеспечения высокотемпературной пластичности и увеличения времени до разрушения согласно следующему раскрытому варианту исполнения, не имеющему ограничительного характера.

[0009] Фиг. 5: процесс аддитивного изготовления для обеспечения высокотемпературной пластичности и увеличения времени до разрушения согласно следующему раскрытому варианту исполнения, не имеющему ограничительного характера.

[0010] Фиг. 6: общий схематичный вид системы для аддитивного изготовления, используемой в процессе, представленном на фиг. 5.

Подробное раскрытие изобретения

[0011] На фиг. 1 схематично показана система 20 для аддитивного изготовления. Система 20 обычно содержит формовочную камеру 22 со слоем 24 порошка, один или более источников 26 энергии, в частности, лазер, и блок 28 управления (все показано схематически). Следует иметь в виду, что, в соответствии с описанием, к системам для «аддитивного изготовления» относятся следующие технологии: селективное лазерное сплавление (SLM), электронно-лучевая плавка слоя порошка (ЕВМ), электронно-лучевой процесс создания предметов произвольной формы (EBF3), лазерное порошковое наплавление (LENS) и другие. Следует также понимать, что дополнительно или альтернативно могут применяться различные компоненты и подсистемы.

[0012] Система 20 для аддитивного изготовления создает компоненты путем последовательного сплавления двумерных слоев распыленного легированного порошкового материала с целью создания трехмерного твердого тела, определенного CAD-файлом. Допускается использование различных металлических порошков, в том числе железа, никеля, кобальта, титана или сплавов на основе алюминия. Сплавы 625, 718 и 230 можно использовать для изготовления компонентов, работающих в условиях высоких температур, характерных для аэрокосмической промышленности и газотурбинных двигателей.

[0013] Оказалось, что компоненты, аддитивно изготовленные путем наплавления определенных сплавов, в частности, сплава 625 (эти компоненты в данном документе называются «SLM-625»), по существу, обладают относительно низкой высокотемпературной пластичностью по сравнению с соответствующим деформируемым сплавом 625 даже при использовании традиционных процессов термической обработки, в частности, снятия внутренних напряжений, горячего изостатического прессования и термообработки на твердый раствор. Например, испытанные образцы SLM-625 имели удлинение при растяжении ≤15% при 1400F и ≤10% при 1700F в отличие от деформируемого сплава 625, пластичность которого при растяжении превысила ~50% при 1400F и ~70% при 1700F (фиг. 2). Время до разрушения также имеет относительно низкое значение по сравнению с деформируемым сплавом 625. Заявитель определил, что возможной причиной является ослабление границ зерен в SLM-625 по сравнению с деформируемым сплавом 625 вследствие уникальных особенностей, обусловленных текущими характеристиками аддитивной обработки и термической обработки. В настоящее время границы зерен SLM-625 не содержат карбидов, усиливающих границы зерен деформируемого сплава 625.

[0014] Как показано на фиг. 3, в одном из вариантов исполнения, не имеющем ограничительного характера, высокотемпературную пластичность и время до разрушения компонента, изготовленного в рамках аддитивного процесса (этап 102), увеличивают с помощью процесса 100, предусматривающего осаждение карбидов на границах зерен путем добавления этапа 110 термической обработки, осуществляемого после завершения текущих этапов традиционной термической обработки компонентов, изготовленных в рамках аддитивного процесса (этапы 104, 106 и 108). Как правило, термообработка после изготовления является неотъемлемой частью аддитивного изготовления. Снятие внутренних напряжений (этап 104) необходимо для того, чтобы свести к минимуму искажения от остаточных напряжений, возникающих в ходе цикла изготовления, и, тем самым, предотвратить искажение размеров. Горячее изостатическое прессование (этап 106) устраняет остаточную пористость в готовой детали, а термообработка на твердый раствор (этап 108) создает идеальную микроструктуру для большинства последующих этапов изготовления и обработки.

[0015] В одном из примеров дополнительного этапа термической обработки (этап 110) нагрев прошедшего традиционную обработку компонента, полученного путем аддитивного процесса из сплава 625, до 1450F и выдержка при 1450F в течение приблизительно 10 часов приводит к осаждению нужных карбидов на границах зерен.

[0016] Как показано на фиг. 4, в следующем варианте исполнения, не имеющем ограничительного характера, высокотемпературную пластичность и время до разрушения компонента, полученного путем аддитивного процесса, можно увеличить (в качестве альтернативы или дополнительно) при помощи процесса 200, использующего легированный порошок с повышенным содержанием углерода, например, легированного порошка, содержащего более чем приблизительно 0,02% углерода, в процессе аддитивного изготовления (этап 202). В следующем варианте исполнения, не имеющем ограничительного характера, содержание углерода составляет приблизительно от 0,03% до 0,04%. То есть, при изготовлении отдельных наплавляемых слоев или компонента в целом можно использовать распыленный легированный порошковый материал с повышенным содержанием углерода. При желании, может быть выполнена дополнительная термическая обработка (см. фиг. 2) (этап 210) компонента, ранее прошедшего снятие внутренних напряжений, горячее изостатическое прессование и термообработку на твердый раствор (этапы 204-208).

[0017] Как показано на фиг. 5, в следующем варианте исполнения, не имеющем ограничительного характера, высокотемпературную пластичность и время до разрушения компонента, полученного в процессе аддитивного изготовления, можно увеличить (альтернативно или дополнительно) посредством цементирования наплавленного материала на месте путем сплавления в среде, содержащей богатые углеродом материалы, в частности, углеводородные газы (этап 302). То есть, система 30 впрыска (показанная схематично; фиг. 6) работает, чтобы поддерживать обогащающую углеродом среду в формовочной камере 22 в ходе аддитивного изготовления. Науглероживающий газ можно вводить в ходе наплавления отдельных или всех слоев. Ввод науглероживающего газа можно использовать отдельно или в сочетании с процессом дополнительной термической обработки (этап 310) (см. фиг. 2) и/или с легированным порошком с повышенным содержанием углерода (см. фиг. 3).

[0018] Использование неопределенных и определенных артиклей и прочие подобные ссылки в контексте описания (особенно в контексте следующей формулы изобретения) следует понимать как равнозначное указание на единственное и множественное число, если иное не указано явно, или если это не противоречит контексту. Модификатор «приблизительно», используемый в сочетании с количеством, подразумевает «включая указанное значение», а его значение диктуется контекстом (например, включая погрешность, связанную с измерением конкретного количества). Все диапазоны, упомянутые в настоящем описании, включают конечные точки, которые могут независимо комбинироваться друг с другом. Следует иметь в виду, что термины, описывающие относительное положение, в частности, «спереди», «сзади», «выше», «ниже», «сверху», «снизу» и т.п. относятся к нормальному рабочему положению оборудования и не должны считаться имеющими ограничительный характер.

[0019] Хотя на чертежах изображены компоненты, относящиеся к различным вариантам исполнения, не имеющим ограничительного характера, объем, защищаемый настоящим изобретением, не ограничивается этими конкретными комбинациями. Некоторые компоненты или признаки любого из вариантов исполнения, не имеющего ограничительного характера, можно использовать в сочетании с признаками и компонентами любого из других вариантов исполнения, не имеющего ограничительного характера.

[0020] Следует отметить, что одинаковые ссылочные обозначения относятся к одинаковым или подобным элементам на различных чертежах. Следует также понимать, что хотя конкретное расположение компонентов раскрыто в показанном варианте исполнения, возможны и другие варианты расположения.

[0021] Несмотря на то, что определенные последовательности этапов изображены на чертежах, приведены в описании и в пунктах формулы изобретения, следует понимать, что этапы могут быть выполнены в любом порядке, разделены или объединены, если не указано иное, с сохранением преимуществ настоящего изобретения.

[0022] Вышеприведенное описание является иллюстративным и не носит ограничительного характера. В описании раскрыты различные варианты исполнения, не имеющие ограничительного характера, тем не менее, специалисту в данной области техники в свете вышеизложенного очевидна возможность осуществления различных модификаций и изменений, которые будут подпадать под объем, защищаемый прилагаемой формулой изобретения. Следует понимать, что в рамках объема прилагаемой формулы изобретения изобретение может быть осуществлено путем, отличающимся от описанного. Поэтому прилагаемую формулу изобретения необходимо изучить с тем, чтобы определить истинный объем и содержание изобретения.

1. Способ изготовления работающего в условиях высоких температур компонента газотурбинного двигателя из металлического порошка, содержащий аддитивное изготовление компонента и его термическую обработку, отличающийся тем, что аддитивное изготовление компонента ведут в формовочной камере, в которую вводят науглероживающий газ, при этом термическую обработку полученного аддитивным изготовлением компонента ведут с обеспечением осаждения карбидов на границах его зерен.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий:

обеспечение для компонента газотурбинного двигателя из металлического порошка снятия внутренних напряжений, горячего изостатического прессования и термообработки на твердый раствор перед осаждением карбидов на границах зерен указанного компонента.

3. Способ по п. 2, дополнительно содержащий:

осаждение карбидов на границах зерен компонента газотурбинного двигателя из металлического порошка и последующий процесс термической обработки после указанного этапа обеспечения для указанного компонента снятия внутренних остаточных напряжений, горячего изостатического прессования и термообработки на твердый раствор.

4. Способ по п. 1, дополнительно содержащий:

аддитивное изготовление компонента газотурбинного двигателя из металлического порошка с использованием легированного порошка с повышенным содержанием углерода в ходе аддитивного изготовления.

5. Способ по п. 4, дополнительно содержащий:

обеспечение для компонента газотурбинного двигателя из металлического порошка снятия внутренних напряжений, горячего изостатического прессования и термообработки на твердый раствор перед осаждением карбидов на границах зерен указанного компонента.

6. Способ по п. 5, дополнительно содержащий:

осаждение карбидов на границах зерен компонента газотурбинного двигателя из металлического порошка и последующий процесс термической обработки после указанного этапа снятия внутренних напряжений, горячего изостатического прессования указанного компонента и его термообработки на твердый раствор.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к формированию износостойких покрытий из карбида титана на поверхности изделий из титана или его сплавов и может быть использовано для формирования покрытий на деталях и инструментах, работающих в условиях интенсивного износа, агрессивных сред и высоких температур.

Изобретение относится к изготовлению кольца подшипника. Для упрощения изготовления колец подшипника, повышения твердости, износостойкости, усталостной прочности способ включает стадию формирования кольца подшипника по меньшей мере из одной стальной полосы, имеющей концы, в по меньшей мере один кольцевой сегмент и стадию стыковой сварки оплавлением концов указанного по меньшей мере одного кольцевого сегмента для изготовления кольца.

Группа изобретений относится к способу упрочнения стальных деталей, устройству для осуществления способа и упрочненным в соответствии с этим способом стальным деталям.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении шестерен, крестовин, втулок, зубчатых колес и т.д., в том числе работающих при температуре до 500°C и испытывающих при эксплуатации динамические нагрузки и износ.

Изобретение относится к технологии химико-термической обработки металлов с использованием концентрированных потоков энергии. .

Изобретение относится к устройству и способу науглероживания для обработки предмета и может быть использовано при поверхностной обработке стали. .

Изобретение относится к технологии термической обработки высокочистого железа. .

Изобретение относится к упрочняющей химико-термической обработке металлических деталей концентрированными источниками энергии и может быть использовано при изготовлении деталей из конструкционных материалов.

Изобретение относится к области термической обработки. .

Изобретение относится к изготовлению подложки со слоем легированного углеродом оксида титана, которая действует как реагирующий на видимый свет фотокатализатор. .

Изобретение относится к 3D послойной печати. Способ включает получение расходуемого материала в виде армирующего материала с расположенным на его поверхности покрывным материалом и послойное построение 3D-модели путем экструзии полученного расходуемого материала.

Группа изобретений может быть использована для литья под давлением лопатки газотурбинного двигателя, выполненного из композиционного материала. Пресс-форма (10) содержит множество блоков (11, 13), которые определяют границы формообразующей полости пресс-формы.

Изобретение относится к технологии изготовления трехмерных объектов, предназначенных для работы в условиях повышенного износа, селективным лазерным плавлением из порошковой композиции WC-Co.

Изобретение относится к получению объектов из композиционных материалов методами аддитивного производства и может быть использовано для производства изделий, работающих в условиях высокого абразивного изнашивания.

Изобретение относится к индустрии строительных материалов и может быть использовано для производства кровельной многослойной тепло- и звукоизолирующей штучной черепицы.

Изобретение относится к способу запечатывания мешков кормов для домашних животных. Способ включает контактирование подложек с нагревающими и ненагревающими планками для образования первого и второго швов для запечатывания мешка.

Группа изобретений относится к способу упрочнения и/или покрытия изнутри (варианты), и узлу для упрочнения пористого материала. В способе упрочнения термопластичный упрочняющий и/или покрывающий изнутри элемент подвергается воздействию механической энергии и механического давления посредством инструмента так, чтобы упрочняющий и/или покрывающий изнутри материал упрочняющего и/или покрывающего изнутри элемента расплавился и был вдавлен в пористый материал для упрочнения пористого материала.

Изобретение относится к способу и устройству для задания поддерживающей конструкции для трехмерного объекта. Компьютерно-реализуемый способ задания поддерживающей конструкции (2) для трехмерного объекта (1), изготавливаемого посредством стереолитографического процесса, содержит следующие операции: задание первой поверхности (3) трехмерного объекта (1), которую требуется поддерживать, и второй поверхности (4), обращенной к первой поверхности (3), задание вытянутых поддерживающих элементов (5) между поверхностями (3, 4), задание пар поддерживающих элементов (5), задание для каждой пары поддерживающих элементов (5) вытянутого усиливающего элемента (6), соединяющего два поддерживающих элемента (5) данной пары.

Стереолитографическая машина (1) содержит контейнер (2), оснащенный дном (2а); моделирующую платформу (3), обращенную ко дну (2а); приводной механизм (4); соединительное устройство (5) между моделирующей платформой (3) и приводным механизмом (4), содержащее первый соединительный элемент (6) и второй соединительный элемент (7); зажимной механизм (8).

Изобретение относится к области проектирования изделий. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств системы автоматизированного проектирования.

Изобретение относится к оборудованию для изготовления электрических машин. Устройство для изготовления ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя, имеющего монотонно изменяющуюся магнитную симметрию в радиальном направлении, содержит сборную пресс-форму, состоящую из полого цилиндра, подвижного дна в форме диска, выполненного по внутреннему диаметру полого цилиндра, и вставки.

Изобретение относится к изготовлению компонента газотурбинного двигателя из металлического порошка. Способ включает аддитивное изготовление компонента и его термическую обработку. Аддитивное изготовление компонента ведут в формовочной камере, в которую вводят науглероживающий газ, при этом термическую обработку полученного аддитивным изготовлением компонента ведут с обеспечением осаждения карбидов на границах его зерен. Обеспечивается изготовление компонента газотурбинного двигателя, работающего в условиях высоких температур. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх