CN110918992A - 一种高温合金粉末、增材制造方法和零件 - Google Patents

一种高温合金粉末、增材制造方法和零件 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种高温粉末合金、增材制造方法和零件，高温合金粉末，的化学成分为，C，Co，Cr，Fe，Mn，Mo，O，N，H，P，S，Si，W，B，Al，Cu和Ti，剩余为Ni，通过控制C、B、Si、O、N、H元素的成分比例范围，以消除高温合金增材制造过程中的开裂倾向，消除制件中的微裂纹缺陷，获得均匀致密，无冶金缺陷的高温合金制件。

Description

一种高温合金粉末、增材制造方法和零件
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种高温合金粉末、增材制造方法和零件。
背景技术
高温合金具有良好的抗氧化和耐腐蚀性能，在900℃以下具有中等的持久性能和蠕变强度，冷热加工成形性和焊接性能良好。适用于制造航空发动机的燃烧室部件及其他高温部件，在900℃以下长期使用，短时工作温度可达1080℃。随着航空产业的不断发展，核心部件设计要求的逐步提升，零件内部出现了较多的复杂内流道及薄壁结构，传统铸锻焊工艺已无法满足设计要求。激光选区熔化工艺(SLM)是一种以激光作为热源，在受控的氩或氮气气氛下，逐层熔化金属粉末，最终实现金属零件无模具、高致密度、近净成形的快速制造技术。相比于传统的铸锻焊技术，激光选区熔化技术具有成形效率高、表面质量优，可制备复杂结构零件的特点。已在航空航天、医疗、汽车等高附加值领域得到广泛应用。为大型复杂高温合金结构件的低成本、短周期、近净成形制造提供了一条新的技术途径。
在实际应用中发现，传统高温合金在进行激光成形时易出现微小裂纹，而导致零件整体性能下降，废品率极高，导致成本过高。随着高温合金复杂结构件应用的增长，现有高温合金粉末已无法满足需求，需进一步改进优化。
发明内容
针对现有高温合金粉末在激光成型时容易出现裂纹的问题，本发明提供一种高温合金粉末、增材制造方法和零件，能够有效消除高温合金增材制造过程中的开裂。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种高温合金粉末，该合金粉末的化学成分及其质量百分数为：
C 0.01％-0.08％，Co0.50％-2.50％，Cr20.50％-23.00％，Fe17.0％-20.0％，Mn0.2％-1.00％；Mo8.0％-10.0％，O 0％-0.008％，N≤0.008％，H≤0.008％，Si≤0.10％；W0.20％-1.00％，B 0.002％-0.004％，剩余为Ni。
优选的，还包含P，按质量百分数计，P≤0.025％。
优选的，还包含S，按质量百分数计，S≤0.015％。
优选的，还包含Al，按质量百分数计，Al 0.01％-0.05％。
优选的，还包含Cu，按质量百分数计，Cu 0.1％-0.50％。
优选的，还包含Ti，按质量百分数计，Ti0.03％-0.15％。
优选的，所述高温合金粉末的粒径为10～150μm。
优选的，所述高温合金粉末的工作温度为600-1000℃。
本发明还提供了上述的高温合金粉末的增材制造方法，包括以下步骤：
步骤1、对高温合金粉末进行真空烘干。
步骤2、筛选粒径为15～120μm的烘干后的高温合金粉末，装入增材制造设备的粉桶中；
步骤3、使用三维建模软件绘制零件的三维模型；
步骤4、对步骤4中的三维模型进行切片分层，确定每个增材步骤的堆积层厚；
步骤5、采用激光通过振镜控制熔化高温合金粉末，根据二维轮廓信息逐层打印，直至零件成型。
本发明还提供了上述的高温合金粉末并采用增材制造方法制备的零件，所述零件的致密度大于99.85％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种高温合金粉末，保持高温合金中其它合金元素不变，控制C、B、Si、O、N、H元素的成分比例范围，以降低SLM高温合金凝固过程中析出相的析出倾向，减少低熔点共晶相的产生，消除高温合金增材制造过程中的开裂倾向，消除制件中的微裂纹缺陷，获得均匀致密，无冶金缺陷的高温合金制件。
本发明提供的该高温合金粉末用于增材制造，首先对高温合金粉末进行真空烘干，避免外界的元素进入到高温合金粉中，然后进行增材制造，该制备方法简单，采用该方法制备的零件其致密度大于99.85％，解决了现有材料在增材制备过程中出现的裂纹问题，提高了零件的整体性能。
附图说明
图1为本发明实施例1高温合金粉末制备的零件的金相图；
图2为本发明实施例1高温合金粉末制备的零件的金相图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
一种高温合金粉末，该合金粉末的化学成分及其质量百分数为：
C0.01％-0.08％；Co0.50％-2.50％；Cr20.50％-23.00％；Fe17.0％-20.0％；Mn0.2％-1.00％；Mo8.0％-10.0％；O≤0.008％；N≤0.008％；H≤0.008％；P≤0.025％；S≤0.015％；Si≤0.10％；W0.20％-1.00％；B0.002％-0.004％；Al 0.01％-0.05％；Cu 0.1％-0.50％；Ti0.03％-0.15％；剩余为Ni。
所述合金粉末的粒径为10～150μm。
所述合金粉末须抽真空密封保存。
所述合金粉末的工作温度为600-1000℃。
本发明提供的一种高温合金粉末，保持高温合金中其它合金元素不变，控制C、B、Si、O、N、H元素的成分比例范围，以降低SLM高温合金凝固过程中析出相的析出倾向，减少低熔点共晶相的产生，消除高温合金增材制造过程中的开裂倾向，消除制件中的微裂纹缺陷，获得均匀致密，无冶金缺陷的高温合金制件。
本发明还提供了采用上述高温合金粉末进行增材制造方法，包括以下步骤：
步骤1、对高温合金粉末进行真空烘干。
具体为，将高温合金粉末放入真空烘干箱中，并处于氩气保护气氛中，在100～130℃下真空保温2小时。
步骤2、筛选粒径为15～120μm的烘干后的高温合金粉末。
具体为，对粉末进行筛取，去除较大颗粒粉末与杂质，得到细小均匀的粉末，其粒度为15～120μm。
步骤3、将筛选的高温合金粉末装入设备的粉桶中；
步骤4、使用三维建模软件绘制零件的三维模型；
步骤5：对步骤4中的三维模型进行切片分层，确定每个增材步骤的堆积层厚；
具体为，将三维模型按一定的厚度切片分层，即将零件的三维形状信息转换成一系列二维轮廓信息。
步骤6：采用激光通过振镜控制熔化高温合金粉末，根据二维轮廓信息逐层打印，直至零件成型，成形过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合。
制件中均无裂纹存在，成形制件致密度达99.9％以上。
实施例1
一种高温合金粉末，该高温合金粉末的化学成分及其质量百分数为：
C 0.06％，Co 1.1％，Cr 21％，Fe 18.21％，Mn0.6％，Mo 8.64％，O 0.008％，N0.006％，H 0％-0.001％，P 0％-0.001％，S 0.01％，Si0.08％，W0.64％，B0.002％，Al0.04％，Cu 0.32％，Ti0.11％，剩余为Ni。
采用实施例1所述的高温合金粉末制备高温合金零件，并对其进行金相组织观察及致密度检测，金相检测图如图1所示，致密度检测结果为99.85％。即得到均匀致密的高温合金制件。
实施例2
一种高温合金粉末，该高温合金粉末的化学成分及其质量百分数为：
C 0.07％，Co2.3％，Cr22.61％，Fe19.35％，Mn 0.07％，Mo9.21％，O0％-0.001％，N0％-0.001％，H 0.006％，P 0.02％，S 0-0.008％，Si0.1％，W 0.81％，B 0.004％，Al0.02％，Cu 0.27％，Ti0.08％，剩余为Ni。
采用实施例2所述的高温合金粉末制备高温合金零件，并对其进行金相组织观察及致密度检测，金相检测图如图2所示，致密度检测结果为99.9％。即得到均匀致密的高温合金制件。
实施例3
一种高温合金粉末，该高温合金粉末中各元素的质量百分数含量为：
元素 C Co Cr Fe Mn Mo
Wt/％ 0.01 0.5 20.5 17 0.2 8
元素 Ni O N H P S
Wt/％ Bal. 0 0 0.008 0.025 0.015
元素 Si W B Al Cu Ti
Wt/％ 0.10 0.2 0.002 0.01 0.1 0.05
实施例4
一种高温合金粉末，该高温合金粉末中各元素的质量百分数含量为：
元素 C Co Cr Fe Mn Mo
Wt/％ 0.08 2.5 23 20 1 10
元素 Ni O N H P S
Wt/％ Bal. 0.008 0.008 0 0 0
元素 Si W B Al Cu Ti
Wt/％ 0 1 0.004 0.05 0.5 0.15
实施例5
一种高温合金粉末，该高温合金粉末中各元素的质量百分数含量为：
元素 C Co Cr Fe Mn Mo
Wt/％ 0.05 1.5 22 18 0.6 9
元素 Ni O N H P S
Wt/％ Bal. 0.004 0.005 0.003 0.02 0.01
元素 Si W B Al Cu Ti
Wt/％ 0.005 0.4 0.003 0.025 0.3 0.1
实施例6
一种高温合金粉末，该高温合金粉末中各元素的质量百分数含量为：
元素 C Co Cr Fe Mn Mo
Wt/％ 0.01 2 19 17.5 0.8 8.5
元素 Ni O N H P S
Wt/％ Bal. 0.002 0.007 0.006 0.01 0.005
元素 Si W B Al Cu Ti
Wt/％ 0 0.8 0.0035 0.04 0.1 0.15
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温合金粉末，其特征在于，该合金粉末的化学成分及其质量百分数为：
C 0.01％-0.08％，Co0.50％-2.50％，Cr20.50％-23.00％，Fe17.0％-20.0％，Mn0.2％-1.00％；Mo8.0％-10.0％，O 0％-0.008％，N≤0.008％，H≤0.008％，Si≤0.10％；W0.20％-1.00％，B 0.002％-0.004％，剩余为Ni。
2.根据权利要求1所述的一种高温合金粉末，其特征在于，还包含P，按质量百分数计，P≤0.025％。
3.根据权利要求1所述的一种高温合金粉末，其特征在于，还包含S，按质量百分数计，S≤0.015％。
4.根据权利要求1所述的一种高温合金粉末，其特征在于，还包含Al，按质量百分数计，Al 0.01％-0.05％。
5.根据权利要求1所述的一种高温合金粉末，其特征在于，还包含Cu，按质量百分数计，Cu 0.1％-0.50％。
6.根据权利要求1所述的一种高温合金粉末，其特征在于，还包含Ti，按质量百分数计，Ti0.03％-0.15％。
7.根据权利要求1所述的一种高温合金粉末，其特征在于，所述高温合金粉末的粒径为10～150μm。
8.根据权利要求1所述的一种高温合金粉末，其特征在于，所述高温合金粉末的工作温度为600-1000℃。
9.一种权利要求1-8任一项所述的高温合金粉末的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对高温合金粉末进行真空烘干。
步骤2、筛选粒径为15～120μm的烘干后的高温合金粉末，装入增材制造设备的粉桶中；
步骤3、使用三维建模软件绘制零件的三维模型；
步骤4、对步骤4中的三维模型进行切片分层，确定每个增材步骤的堆积层厚；
步骤5、采用激光通过振镜控制熔化高温合金粉末，根据二维轮廓信息逐层打印，直至零件成型。
10.一种使用权利要求1-8任一项所述的高温合金粉末并采用增材制造方法制备的零件，其特征在于，所述零件的致密度大于99.85％。
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