一种高强度高塑性单相Inconel 625镍基合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电弧增材金属材料技术领域，具体涉及一种高强度高塑性单相Inconel 625镍基合金及其制备方法。本发明专利技术公开了一种高强度高塑性单相Inconel 625镍基合金，其中，所述的Inconel 625镍基合金的组织结构为单相柱状粗晶结构，其晶粒尺寸为45‑360m，按照质量百分比计，所述晶粒具有15‑33％比例的小角晶界。本发明专利技术还公开了一种Inconel 625镍基合金制备方法。根据该方法得到的Inconel 625镍基合金抗拉强度为720‑730MPa，屈服强度为390‑415MPa，均匀延伸率为54‑63％，相对于传统铸态625镍基合金，显著提高了625镍基合金的强度与塑性。

A high strength and high plasticity single phase Inconel 625 nickel base alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高塑性单相Inconel625镍基合金及其制备方法
本专利技术涉及电弧增材金属材料
，具体涉及一种高强度高塑性单相Inconel625镍基合金及其制备方法。
技术介绍
Inconel625镍基合金具有优异的综合力学性能，良好的抗氧化和耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天和机械制造等工业领域。Inconel625镍基合金部件的传统制备工艺主要包括等材制造(铸造、轧制等)技术和减材制造(车削、铣削等)技术等，传统工艺制备的Inconel625镍基合金具有较为优异的综合力学性能，但是工序繁琐，生产效率低，同时对于复杂形状构件来说加工难度大，生产成本高。近年来，增材制造技术成为制造业的一个革命性突破，利用计算机对制造过程的控制，将制造过程细化到零件的任何一个位置的任何一个点，可以有效减少工序，缩短产品生产周期，对于形状复杂、原材料价值较高的产品，增材制造技术加工效率高和节省材料的生产加工特点具有十分明显的优势。文献Rivera,O.G.,Allison,P.G.,Jordon,J.B.,etal.MicrostructuresandmechanicalbehaviorofInconel625fabricatedbysolid-stateadditivemanufacturing[J].MaterialsScience&Engineering,A.StructuralMaterials:Properties,MicrostructureandProcessing,2017,694:1-9中利用摩擦搅拌增材制造的Inconel625镍基合金屈服强度及抗拉强度高于铸造态625镍基合金的，但其塑性较低，电弧增材Inconel625镍基合金具有较高强度的同时具有较好的塑性。文献MostafaeiAmir,BehnamianYashar,KrimerYuvalL.,etal.Effectofsolutionizingandagingonthemicrostructureandmechanicalpropertiesofpowderbedbinderjetprintednickel-basedsuperalloy625[J].Materials&design,2016,111:482-491中利用M-FlexExOne粉床粘合剂喷射印刷Inconel625镍基合金。该方法制备Inconel625镍基合金在一定程度上具有较高的效率，但是制备的Inconel625镍基合金强度较低。因此亟需专利技术新的增材制造工艺，在保证生产效率，加工成本的前提下，使增材制造625镍基合金的材料性能达到或者优于传统铸造或者轧制态材料的力学性能。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于利用电弧增材制造技术，制备具有高比例小角晶界的柱状晶结构的单相Inconel625镍基合金，不仅显著提高Inconel625镍基合金的生产效率，同时制备得到的Inconel625合金强度和塑性明显优于传统铸态和板材Inconel625合金。本专利技术的目的及解决其技术问题采用以下的技术方案来实现：依据本专利技术提出的一种高强度高塑性单相Inconel625镍基合金，其中，所述Inconel625镍基合金的组织结构为单相柱状粗晶结构，其晶粒尺寸为45-360m，按照质量百分比计，所述晶粒具有15-33％比例的小角晶界。优选地，所述小角晶界包括2-15°角晶界，按照质量百分比计，2-5°角的晶界占比为3.5-7.0％，5-15°角的晶界占比为10.0-26.5％。优选地，按照原子百分比计，所述Inconel625镍基合金的原料成分组成如下：Ni:>58.00％，Cr:20.00-23.00％，Mo:8.00-10.00％，Nb:3.15-4.15％，Fe:≤5.00％，Co:≤1.00％，Si:≤0.50％，Mn:≤0.50％，Ti:≤0.40％，Al:≤0.40％，Cu:≤0.30％，C:≤0.10％，S:≤0.02％，P:≤0.02％，Ta:≤0.02％。优选地，所述Inconel625镍基合金抗拉强度为720-730MPa，屈服强度为390-415MPa，延伸率为54-63％。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现：依据本专利技术提出的一种制备如上所述的高强度高塑性单相Inconel625镍基合金的方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)以电弧作为热源熔化丝材；(2)在保护气体保护下按设定路径在碳钢基板上逐层熔敷堆积成圆柱体样品，所述样品尺寸≤Φ600×600mm，即得Inconel625镍基合金。优选地，所述步骤(1)中所述电弧采用CMTMIG工艺，所述丝材包括直径为1.2mm的NiCrMo-3(625镍基合金)丝材。优选地，所述步骤(2)中所述保护气体为纯氩气，所述碳钢基板为Q235碳钢基板。优选地，所述步骤(2)中所述路径包括第一层路径和第二层路径，其中所述第一层路径为先打印外轮廓后直线填充，首层层高为2mm；所述第二层路径为外轮廓打印后，以90°夹角直线填充，每层层高为1.8mm，填充线层间夹角为90°。优选地，所述打印过程采用ArcMan600设备，其工艺为直流CMT，所采用的电弧增材软件为IungoPNT，所采用的焊接专家库版本为1693(NIBAS625)，送丝速度为1.9-10.5m/min，弧长修正为0，电感修正为0。优选地，所述打印速度为400-700mm/min。本专利技术与现有技术相比，其显著优点如下：(1)本专利技术利用电弧增材的方法在保护气体保护下按设定路径迅速在碳钢基板上逐层熔敷堆积得到粗大晶粒结构的单相柱状晶。液态金属在冷却凝固过程中主要通过基板散热，热量主要沿着垂直于基板向下散失，热流方向垂直于界面，凝固具有方向性，因此造成组织呈现自下而上生长的柱状晶形式。这种结构在保持较高的屈服强度与抗拉强度的同时具有更好的塑性。(2)通过利用电弧增材的方法在保护气体保护下按设定路径迅速在碳钢基板上逐层熔敷堆积得到指定形状材料。对于打印过程，易于控制工艺参数，故结合基材的特点并优化打印过程中各种参数等，可以控制各个打印层的厚度与打印方向，使得在快速制造625镍基合金材料时，仍能精确控制其形状。(3)本专利技术中电弧增材方法，在保护气体保护下按设定路径迅速在碳钢基板上逐层熔敷堆积得到粗晶粒结构的柱状晶，不同于粉床粘合剂喷射印刷Inconel625镍基合金得到的等轴晶结构。本专利技术在快速打印的前提下，合金具有更高的屈服强度、抗拉强度和更为优异的塑性，从而保证Inconel625镍基合金综合力学性能达到最优。综上所述，本专利技术特殊的Inconel625镍基合金及其制备方法，有效的解决了现有的Inconel625镍基合金强度小、塑性低等问题，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类方法中未见有类似的设计公开发表或使用而确属创新，其不论在制备方法上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度高塑性单相Inconel 625镍基合金，其中，所述Inconel 625镍基合金的组织结构为单相柱状粗晶结构，其晶粒尺寸为45-360m，按照质量百分比计，所述晶粒具有15-33％比例的小角晶界。/n

【技术特征摘要】
20191011 CN 20191096280611.一种高强度高塑性单相Inconel625镍基合金，其中，所述Inconel625镍基合金的组织结构为单相柱状粗晶结构，其晶粒尺寸为45-360m，按照质量百分比计，所述晶粒具有15-33％比例的小角晶界。


2.根据权利要求1所述的高强度高塑性单相Inconel625镍基合金，其中，所述小角晶界包括2-15°角晶界，按照质量百分比计，2-5°角的晶界占比为3.5-7.0％，5-15°角的晶界占比为10.0-26.5％。


3.根据权利要求1所述的高强度高塑性单相Inconel625镍基合金，其中，按照原子百分比计，所述Inconel625镍基合金的原料成分组成如下：Ni:>58.00％，Cr:20.00-23.00％，Mo:8.00-10.00％，Nb:3.15-4.15％，Fe:≤5.00％，Co:≤1.00％，Si:≤0.50％，Mn:≤0.50％，Ti:≤0.40％，Al:≤0.40％，Cu:≤0.30％，C:≤0.10％，S:≤0.02％，P:≤0.02％，Ta:≤0.02％。


4.根据权利要求1-3任一项所述的高强度高塑性单相Inconel625镍基合金，其中，所述Inconel625镍基合金抗拉强度为720-730MPa，屈服强度为390-415MPa，延伸率为54-63％。

【专利技术属性】
技术研发人员：程远，袁玉荣，
申请(专利权)人：南京英尼格玛工业自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32