一种GH3230镍基高温合金材料及其消除激光选区熔化成形微裂纹的方法与应用技术

本公开涉及合金制备技术领域，具体提供一种GH3230镍基高温合金材料及其消除激光选区熔化成形微裂纹的方法与应用。所述GH3230粉末元素按质量分数组成如下：C 0.05‑0.15％，Cr 20‑24％，Co<5％,W 13‑15％,Mo 1‑3％,Al0.2‑0.5％,Ti<0.1％,Fe<3％,La 0.005‑0.05％,B<0.015％,Si 0.25‑0.75％,Mn0.3‑1％,S<0.015％,P<0.03％,Cu<0.5,余量为Ni元素及不可避免的杂质；还包括TiB

【技术实现步骤摘要】
一种GH3230镍基高温合金材料及其消除激光选区熔化成形微裂纹的方法与应用
本公开涉及合金制备
，具体提供一种GH3230镍基高温合金材料及其消除激光选区熔化成形微裂纹的方法与应用。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。GH3230合金是一种以Cr、W、Mo为主要强化元素的固溶强化型高温合金，使用温度范围700℃～1050℃，兼具良好的强度、热稳定性和抗氧化性。GH3230合金的性能比GH3536有大幅提高，与GH5188合金的抗氧化性能和蠕变性能相当，而GH3230合金的组织稳定性、抗氧化性和材料成本明显优于GH5188合金。因此，该合金主要用于制作先进航空发动机的火焰筒和燃烧室等热端部件以及化工行业中一些高温耐腐蚀部件等。但是，该类部件的结构一般都比较复杂，采用铸造、锻造和铣削等传统加工方式进行加工时存在研发周期长、加工成本高等问题。激光选区熔化(SelectiveLaserMelting，SLM)作为一种典型的铺粉式金属增材制造技术，能够通过逐层铺粉并通过激光选择性熔化沉积的方式直接成形金属构件，与传统工艺相比，具有响应快、柔性成形及成形结构不受限等优势，特别适合进行航空发动机复杂结构件的加工。然而，专利技术人发现，即使在最优SLM工艺条件下成形的GH3230样件中仍存在大量的微裂纹，且此类裂纹无法通过工艺参数优化的方式进行消除。微裂纹将会严重削弱成形构件的承载能力及抗腐蚀能力，并在构件使用过程中造成应力集中从而成为断裂源。因此实现微裂纹的消除，才能保证SLM工艺成形GH3230工件的使役性能。
技术实现思路
针对GH3230合金中存在大量微裂纹的问题，本公开提出了一种消除激光选区熔化成形GH3230镍基高温合金中微裂纹的方法。本公开中的方法能够实现SLM工艺制造GH3230合金中微裂纹的消除，从而显著提高GH3230成形构件的力学性能。本公开一个或一些实施方式中，提供一种GH3230镍基高温合金材料，所述GH3230粉末元素按质量分数组成如下：C0.05-0.15％，Cr20-24％，Co<5％,W13-15％,Mo1-3％,Al0.2-0.5％,Ti<0.1％,Fe<3％,La0.005-0.05％,B<0.015％,Si0.25-0.75％,Mn0.3-1％,S<0.015％,P<0.03％,Cu<0.5,余量为Ni元素及不可避免的杂质；还包括TiB2粉末，所述TiB2粉末的质量为上述GH3230合金粉末质量的1-2％。本公开一个或一些实施方式中，提供一种消除激光选区熔化成形GH3230镍基高温合金中微裂纹的方法，包括如下步骤：在采用激光选区熔化技术对GH3230镍基高温合金粉末进行成形制备GH3230合金时，所述GH3230合金粉末中添加有TiB2粉末。本公开一个或一些实施方式中，提供上述GH3230镍基高温合金材料或上述消除激光选区熔化成形GH3230镍基高温合金中微裂纹的方法制得的产品在航空航天、石油化工、核能源工业领域中的应用。上述技术方案中的一个或一些技术方案具有如下优点或有益效果：1)本公开在的GH3230中加入TiB2，并进一步限定TiB2的比例，实验表明，采用本公开方法制备的GH3230样件中没有微裂纹产生，仅有少量孔洞生成，显然合适比例的TiB2有助于消除GH3230激光选区熔化成形的微裂纹。2)本公开制备的GH3230构件在消除微裂纹的基础上，室温显微硬度提升了大约36％，这是因为TiB2作为一种陶瓷颗粒其硬度极高，能够提高GH3230的承载能力。3)本公开在现有技术的基础上只需对制备工艺进行十分微小的改进，即掺杂TiB2并控制其比例，且掺杂方式为双离心高速搅拌，掺杂方式简单，实用性强，适合工业化生产。附图说明构成本公开一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开实施例1与对比例1GH3230粉末和GH3230复合粉体的对比示意图。图2为本公开实施例1、对比例1和对比例2成形的GH3230合金的金相对比示意图。图3为本公开实施例1与对比例1显微硬度测试结果示意图。图4为本公开实施例1与对比例1应力应变测试结果示意图。具体实施方式下面将对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本公开的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。针对GH3230合金中存在大量微裂纹的问题，本公开提出了一种消除激光选区熔化成形GH3230镍基高温合金中微裂纹的方法。本公开中的方法能够实现SLM工艺制造GH3230合金中微裂纹的消除，从而显著提高GH3230成形构件的力学性能。涉及术语说明：术语“GH3230”：是一种以Cr、W、Mo为主要强化元素的固溶强化型高温合金，使用温度范围700℃～1050℃，兼具良好的强度、热稳定性和抗氧化性。术语“成形方向”：是SLM成形过程中与打印基板垂直的方向。术语“γ′相”：成分为Ni3Al，是在SLM成形GH3230合金过程中产生，能在基体中析出起到一定强化合金的作用。术语“应变时效裂纹”：由于“γ′相”的析出，在热应力和应变耦合作用下，导致微裂纹的形成，此类裂纹称为“应变时效裂纹”，其形态表现为大部分该类裂纹垂直于打印方向。术语“热裂纹”：在SLM成形过程中成形的微裂纹，其形态特征表现为该类裂纹平行于SLM成形方向。需要指出的是，SLM成形的原始GH3230中既有热裂纹又有应变时效裂纹，而普通的哈氏合金中只有热裂纹。所以，SLM成形的GH3230中的裂纹形成机理跟哈氏合金中裂纹的形成机理并不相同。本公开一个或一些实施方式中，提供一种GH3230镍基高温合金材料，所述GH3230粉末元素按质量分数组成如下：C0.05-0.15％，Cr20-24％，Co<5％,W13-15％,Mo1-3％,Al0.2-0.5％,Ti<0.1％,Fe<3％,La0.005-0.05％,B<0.015％,Si0.25-0.75％,Mn0.3-1％,S<0.015％,P<0.03％,Cu<0.5,余量为Ni元素及不可避免的杂质；还包括TiB2粉末，所述TiB2粉末的质量为上述GH3230合金粉末质量的1-2％。TiB2粉末的含量不超过2％是由于TiB2导热系数较低，如果TiB2含量过高将会影响GH3230粉体中热量的传导，进而使粉末熔化不充分而产生新的裂纹缺陷，即本公开通过实验证明了，当添加3％的TiB2，会导致产生大量尺寸较大的裂纹。选择上述合金体系及TiB2粉体的添加量时，SLM成形后的合金中没有检测到微裂纹，仅有少量的孔洞生成，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GH3230镍基高温合金材料，其特征在于：所述GH3230粉末元素按质量分数组成如下：C 0.05-0.15％，Cr 20-24％，Co<5％,W 13-15％,Mo 1-3％,Al0.2-0.5％,Ti<0.1％,Fe<3％,La 0.005-0.05％,B<0.015％,Si 0.25-0.75％,Mn0.3-1％,S<0.015％,P<0.03％,Cu<0.5,余量为Ni元素及不可避免的杂质；还包括TiB

【技术特征摘要】
1.一种GH3230镍基高温合金材料，其特征在于：所述GH3230粉末元素按质量分数组成如下：C0.05-0.15％，Cr20-24％，Co<5％,W13-15％,Mo1-3％,Al0.2-0.5％,Ti<0.1％,Fe<3％,La0.005-0.05％,B<0.015％,Si0.25-0.75％,Mn0.3-1％,S<0.015％,P<0.03％,Cu<0.5,余量为Ni元素及不可避免的杂质；还包括TiB2粉末，所述TiB2粉末的质量为上述GH3230合金粉末质量的1-2％。


2.如权利要求1所述的GH3230镍基高温合金材料，其特征在于：所述TiB2粉末的质量为上述GH3230合金粉末质量的1-2％；优选为1％；
优选的，所述TiB2粉体的平均粒径小于1μm；
优选的，所述GH3230粉末的粒径分布在18～40μm。


3.一种消除激光选区熔化成形GH3230镍基高温合金中微裂纹的方法，其特征在于：包括如下步骤：在采用激光选区熔化技术对GH3230镍基高温合金粉末进行成形制备GH3230合金时，所述GH3230合金粉末中添加有TiB2粉末。


4.如权利要求3所述的消除激光选区熔化成形GH3230镍基高温合金中微裂纹的方法，其特征在于：所述TiB2粉末的加入量不超过GH3230合金粉末质量的2％。


5.如权利要求3所述的消除激光选区熔化成形GH3230镍基高温合金中微裂纹的方法，其特征在于：所述激光选区熔化技术的主要工艺参数为：激光功率180-...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩泉泉，张振华，高建，杨圣钊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37