镍基高温合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种本发明专利技术涉及新材料及先进制造技术领域，特别涉及镍基高温合金及其制备方法。所述镍基高温合金由以下重量百分比的组分组成：Co 22～28％、Cr 14～16％、W 2.5～3.5％、Mo 1.5～2.5％、Al 3.0～3.4％、Ti 1.8～2.2％、Ta 0.8～1.2％、Nb 1～2.2％、C不超过0.05％、B不超过0.01％、Si不超过0.5％和Ni余量。本发明专利技术通过组分设计，从成分改进的角度，改善了镍基高温合金在增材制造过程中易生孔洞、易开裂、成品率低的问题，使得镍基高温合金可以在较宽的3D打印工艺窗口中制备出高性能的高温合金部件，便于在工业上推广。便于在工业上推广。

【技术实现步骤摘要】
镍基高温合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新材料及先进制造
，特别涉及镍基高温合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镍基高温合金在540℃
‑
1000℃温度区间内拥有优异的拉伸强度、抗蠕变性能、抗疲劳性能和抗氧化性能，是航空发动机、燃气轮机等核心部件中关键高温部件的必选材料。
[0003]生产具有复杂结构、高性能的高温合金制件，可以采用铸造、变形或者粉末冶金工艺的方法制备。但是，采用传统铸造、热变形、粉末冶金等工艺制备高温合金制件，生产流程长，技术控制难度大，后续加工余料多、加工困难等问题。以传统铸造工艺为例，要制备一个尺寸、性能达标的铸件，需要经历金属熔炼、模型制造、浇注凝固和脱模清理等复杂过程，任意环节的操作不当都会引起开裂、尺寸不达标等缺陷，造成产品报废。
[0004]增材制造是上述传统制造技术的一个很好的补充，在制备结构复杂的高温合金制件具有明显的优势，它不需要模具、出产工艺简单，可以实现自动化生产，工艺环节可控。作为一种先进制造技术，增材制造已被广泛应用于铝合金、钛合金、钢铁、高温合金等金属材料的制备。它在制造复杂结构、定制化的构件方面具有明显的优势。国内外开展增材制造耐高温产品时，主要是采用已获得广泛使用的几种镍基商用合金粉末，如IN718、IN625、IN738LC等。
[0005]但是，由于镍基高温合金成分复杂，合金化程度极高，在增材制造过程中容易产生孔洞、裂纹等缺陷，成型性差，例如图1展示了一个方案中，以IN738LC(配方见表1)为原料，采用激光选区熔化(SLM)制备的镍基高温合金的表面形貌，明显可见，产品出现裂纹、孔洞等缺陷。这极大地限制了增材制造技术在高温合金领域中的应用。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术提供一种镍基高温合金，通过组分设计，从成分改进的角度，降低镍基高温合金在增材制造过程中产生孔洞、开裂的风险，拓宽镍基高温合金增材制造的工艺窗口，便于在工业上推广。
[0007]技术方案为：
[0008]一种镍基高温合金，由以下重量百分比的组分组成：
[0009]Co 22～28％、Cr 14～16％、W 2.5～3.5％、Mo 1.5～2.5％、Al 3.0～3.4％、Ti 1.8～2.2％、Ta 0.8～1.2％、Nb 1～2.2％、C不超过0.05％、B不超过0.01％、Si不超过0.5％和Ni余量。
[0010]在其中一个实施例中，所述的镍基高温合金由以下重量百分比的组分组成：
[0011]Co 22～28％、Cr 14～16％、W 2.5～3.5％、Mo 1.5～2.5％、Al 3.0～3.4％、Ti 1.8～2.2％、Ta 0.8～1.2％、Nb 1～2.2％、C 0.001～0.05％、B 0.001～0.01％、Si不超过0.5％和Ni余量。
[0012]在其中一个实施例中，所述的镍基高温合金由以下重量百分比的组分组成：
[0013]Co 24～27％、Cr 14～15％、W 2.5～3％、Mo 2～2.5％、Al 3.1～3.4％、Ti 1.8～2％、Ta 1～1.2％、Nb 1～2％、C 0.001～0.05％、B 0.005～0.01％、Si 0.001～0.5％和Ni余量。
[0014]本专利技术还提供上述镍基高温合金的制备方法。
[0015]技术方案为：
[0016]一种镍基高温合金的制备方法，包括以下步骤：
[0017]参照上述重量百分比，取各组分的单质进行熔炼，制备合金件；
[0018]采用雾化制粉方法对所述合金件进行加工，制备粉末；
[0019]以所述粉末为主要原料，采用激光选区熔化方法或电子束熔化方法，制备镍基高温合金。
[0020]在其中一个实施例中，所述雾化制粉方法为氩气雾化法或旋转电极雾化法。
[0021]在其中一个实施例中，所述粉末的粒径D50在30μm～40μm之间。
[0022]在其中一个实施例中，所述激光选区熔化方法的工艺参数包括：基板预设温度为100～200℃，激光功率为200W～400W，粉末层厚为30μm～60μm，扫描速率为700mm/s～1500mm/s，扫描间距为0.03mm～0.15mm。
[0023]在其中一个实施例中，所述粉末的粒径D50在60μm～100μm之间。
[0024]在其中一个实施例中，所述电子束熔化方法的工艺参数包括：基板预热温度为800～1000℃，加速电压为50kV～70kV，粉末层厚为50μm～90μm，最大电流为16mA～20mA，扫描间距为0.05mm～0.20mm，扫描速度5m/s～8m/s。
[0025]与现有方案相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术改进了镍基高温合金的成分，第一，通过调整Co、Al等元素的含量，降低合金在高温下的热膨胀系数，减小合金在增材制造过程中因剧烈的热膨胀和收缩引起的内应力；第二，在保证合金具有足够的抗开裂能力的同时，还通过调整W、Mo等固溶强化元素，Al、Ti、Nb等沉淀强化元素含量将γ
′
相含量控制在40％的水平，达到足够的沉淀强化效果，采用固溶强化和沉淀强化协调作用来保证合金足够的强韧性；第三，通过热力学计算和成分筛选，确定其他成分和用量。
[0027]为了降低镍基高温合金在增材制造过程中产生孔洞、开裂的风险。本专利技术从成分改进的角度出发，研究出了适用于增材制造的、且具有较宽的工艺窗口的镍基高温合金，它具有可成型性好、性能优异的特点，可用于增材制造工艺生产高温合金叶片、燃气轮机机匣、喷油嘴等关键高温部件。本专利技术改善了镍基高温合金在增材制造过程中易生孔洞、易开裂、成品率低的问题，使得镍基高温合金可以在较宽的3D打印工艺窗口中制备出高性能的高温合金部件，便于在工业上推广。
附图说明
[0028]图1为以IN738LC为原料的镍基高温合金局部表面形貌图；
[0029]图2为镍基高温合金的制备方法的制备流程图；
[0030]图3为实施例1和实施例2制备的镍基高温合金的局部表面形貌图。
具体实施方式
[0031]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术公开内容理解更加透彻全面。
[0032]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本专利技术中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0033]术语
[0034]除非另外说明或存在矛盾之处，本专利技术中使用的术语或短语具有以下含义：
[0035]本文所使用的术语“和/或”、“或/和”、“及/或”的可选范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个项目，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：Co 22～28％、Cr 14～16％、W 2.5～3.5％、Mo 1.5～2.5％、Al 3.0～3.4％、Ti 1.8～2.2％、Ta 0.8～1.2％、Nb 1～2.2％、C不超过0.05％、B不超过0.01％、Si不超过0.5％和Ni余量。2.根据权利要求1所述的镍基高温合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：Co 22～28％、Cr 14～16％、W 2.5～3.5％、Mo 1.5～2.5％、Al 3.0～3.4％、Ti 1.8～2.2％、Ta 0.8～1.2％、Nb 1～2.2％、C 0.001～0.05％、B 0.001～0.01％、Si不超过0.5％和Ni余量。3.根据权利要求2所述的镍基高温合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：Co 24～27％、Cr 14～15％、W 2.5～3％、Mo 2～2.5％、Al 3.1～3.4％、Ti 1.8～2％、Ta 1～1.2％、Nb 1～2％、C 0.001～0.05％、B 0.005～0.01％、Si 0.001～0.5％和Ni余量。4.一种镍基高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：参照权利要求1
‑
3任一项所述的重量百分比，取各组分的单质...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑜，汪强兵，谭黎明，张莹，龙学湖，
申请(专利权)人：广州赛隆增材制造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：