本发明属于镍基高温合金增材制造领域，具体涉及一种m247高温合金电子束铺粉选区熔化增材制造缺陷控制方法。
背景技术：
1、随着航空航天行业的快速发展，材料型号快速研制面临技术瓶颈。特别是在发动机运行期间要经受600至1100℃的极端温度，这使得许多材料由于高温软化而不适用。m247高温合金，其能在高于600℃的温度下长期或短期内承受一定应力，以其卓越的高温、抗氧化及耐腐蚀性能，广泛用于航空和能源产业中，特别是在制造和维护涡轮机轮叶等关键热部件方面。
2、然而，现阶段高温合金不容易成形，镍基高温合金的开裂现象在传统铸造，焊接等加工工艺中经常出现。造成开裂的原因除了与合金中铝、钛元素含量较高导致可焊性较差相关以外，还与成形工艺类型，参数的选择以及后处理方式密切相关。m247高温合金因为其熔点相对其他镍基高温合金而言更高，在传统工艺下延伸率低，因此成形过程中更容易出现裂纹。且在传统工艺下工序复杂，通常需要采用铸造/锻造+加工+蒙皮焊接等多个步骤；研制周期长，需要大量的制造准备时间；焊接可靠性差，存在蒙皮数百条焊缝，整体性能不佳；制造一致性差。电子束选区熔化(sebm)技术完美解决了这个问题，这一技术基于增材制造的理念，通过从计算机辅助设计的三维零件模型开始，利用切片软件将模型分层，将复杂的三维制造转化为一系列二维平面的叠加制造。这使得可以实现精密零件以及个性化、定制化和小批量器件的制造。与传统的金属零件制造方法相比，电子束选区熔化技术不需要制作模具，因此可以省略模具设计和制造的时间，从而大大缩短了零件原型的制造时间，甚至可以在几天甚至几小时内完成。这极大地缩短了产品的开发周期，减少了开发成本，为制造业注入了新的活力，因此成为制造高强度、高附加值零部件的最佳选择。
3、然而，尽管sebm技术加速了制造周期，并能制造高性能、高价值的部件，但在高温合金的生产过程中它仍受到应力和温度场的影响，存在热裂纹风险，限制了其在高温合金领域的进一步应用。特别是在长尺寸方向上，sebm过程中裂纹的产生导致部件失效，限制了技术的广泛应用。因此，如何解决这些裂纹问题，优化增材制造过程，成为了高温合金应用研究的关键方向。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服m247镍基铸造高温合金增材制造中，材料熔化到凝固时间短，组织偏析严重，在晶界出极易产生低熔点共晶，同时由于材料高温强度高，应力大，极易产生热裂纹的问题，提供一种m247高温合金电子束铺粉选区熔化增材制造缺陷控制方法。
2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、第一方面，本发明提供m247高温合金电子束铺粉选区熔化增材制造缺陷控制方法，包括以下步骤：
4、根据所需零件制作m247高温合金的零件模型，并对零件模型进行分层，进行对分层后的零件模型进行仿真试验，得到所需应力条件下所对应的工艺参数范围；
5、制作m247粉床并调平基板，冲入保护性气体，使电子枪舱内及成型舱室的真空度达到所需要求，并对电子束进行调焦并对基板进行散焦预热；
6、根据所得的工艺参数范围，开启电子枪扫描熔化每层粉末，直至最后一层粉末扫描完成；
7、扫描完成后，保持成型舱室的真空度，使得零件通过辐射散热，完成m247高温合金零件的制备。
8、本发明进一步的改进在于，m247高温合金的包括按质量百分比取的9.5～10.5％的co，8.0～9.0％的cr，9.5～10.5％的w，5.2～5.8％的al，0.5～1.0％的ti，2.5～3.0％的ta，0.5～1.5％的hf，0.4～1.0％的mo，0.01～0.03％的zr和0.01～0.015％的b，余量为ni组成。
9、本发明进一步的改进在于，对分层后的零件模型进行仿真试验的具体方法如下：
10、对零件模型进行建模，并划分六面体网格；
11、对网格进行生死单元的划分和生成；
12、添加传热分析步，添加相互作用信息；
13、生成热源模型，并求解温度场；
14、在六面体网格的基础上建立应力场模型；
15、对应力场模型添加约束，并将温度场求解结果作为预定义场导入应力场模型，采取顺序耦合的方式求解得到打印过程中的应力及冷却后的残余应力；
16、进行若干次仿真，得到应力随工艺参数的变化趋势，确定所需应力条件下所对应的工艺参数范围。
17、本发明进一步的改进在于，温度场的边界条件为热传导与热辐射，应力场模型的边界条件为固定基板。
18、本发明进一步的改进在于，热源模型为高斯体热源，熔池中各点所受到热量如下：
19、
20、其中，q为熔池不同位点的热量输入，p为电子束的功率，r0为电子束光斑半径，αr为材料对电子束的吸收系数。
21、本发明进一步的改进在于，保护性气体为氦气，电子枪舱内的真空度为5.2×10-6bar，成型舱室的真空度为2×10-3bar。
22、本发明进一步的改进在于，对基板进行散焦预热时，预热温度为1050℃±20℃，预热后保温30min。
23、本发明进一步的改进在于，开启电子枪扫描熔化每层粉末时，先进行外轮廓烧结，再进行内部烧结。
24、本发明进一步的改进在于，外轮廓烧结时，电子枪的工艺参数范围包括加速电压为60kv，束流为12ma，扫描速度为2.5m/s；
25、内部烧结时，电子枪的工艺参数范围包括加速电压为60kv，束流为8-15ma，离焦量为50-65ma，扫描速度为0.5-1.2m/s。
26、本发明进一步的改进在于，扫描熔化每层粉末时，采用线性折返的扫描方式，相邻层之间的扫描旋转角度为30°。
27、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
28、本发明通过对零件模型进行仿真试验，得到所需应力条件下所对应的工艺参数范围，采用合理的工艺操作方式，完成成形。由于m247材料粉末昂贵，且做工艺试验的成本较高，因此在确定工艺参数的方法上，通过本发明通过仿真方法进行模拟，能够有效降低成本且提高效率。本发明在最后成型完毕后采用真空冷却，能够有效减少裂纹的产生，尤其是因为温度梯度大造成的热应力开裂。本发明成型的m247高温合金构件具有优异的力学性能，且在ct无损检测下致密度高达99.99％。
1.m247高温合金电子束铺粉选区熔化增材制造缺陷控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的m247高温合金电子束铺粉选区熔化增材制造缺陷控制方法，其特征在于，m247高温合金的包括按质量百分比取的9.5～10.5％的co，8.0～9.0％的cr，9.5～10.5％的w，5.2～5.8％的al，0.5～1.0％的ti，2.5～3.0％的ta，0.5～1.5％的hf，0.4～1.0％的mo，0.01～0.03％的zr和0.01～0.015％的b，余量为ni组成。
3.根据权利要求1所述的m247高温合金电子束铺粉选区熔化增材制造缺陷控制方法，其特征在于，对分层后的零件模型进行仿真试验的具体方法如下：
4.根据权利要求3所述的m247高温合金电子束铺粉选区熔化增材制造缺陷控制方法，其特征在于，温度场的边界条件为热传导与热辐射，应力场模型的边界条件为固定基板。
5.根据权利要求3所述的m247高温合金电子束铺粉选区熔化增材制造缺陷控制方法，其特征在于，热源模型为高斯体热源，熔池中各点所受到热量如下：
6.根据权利要求1所述的m247高温合金电子束铺粉选区熔化增材制造缺陷控制方法，其特征在于，保护性气体为氦气，电子枪舱内的真空度为5.2×10-6bar，成型舱室的真空度为2×10-3bar。
7.根据权利要求1所述的m247高温合金电子束铺粉选区熔化增材制造缺陷控制方法，其特征在于，对基板进行散焦预热时，预热温度为1050℃±20℃，预热后保温30min。
8.根据权利要求1所述的m247高温合金电子束铺粉选区熔化增材制造缺陷控制方法，其特征在于，开启电子枪扫描熔化每层粉末时，先进行外轮廓烧结，再进行内部烧结。
9.根据权利要求1所述的m247高温合金电子束铺粉选区熔化增材制造缺陷控制方法，其特征在于，外轮廓烧结时，电子枪的工艺参数范围包括加速电压为60kv，束流为12ma，扫描速度为2.5m/s；
10.根据权利要求1所述的m247高温合金电子束铺粉选区熔化增材制造缺陷控制方法，其特征在于，扫描熔化每层粉末时，采用线性折返的扫描方式，相邻层之间的扫描旋转角度为30°。
