一种增材制造用镍基高温合金、镍基高温合金粉末材料和制品制造技术

本发明专利技术属于增材制造用镍基高温合金技术领域，具体涉及一种增材制造用镍基高温合金、镍基高温合金粉末材料和制品，该镍基高温合金包括如下含量的元素：以重量百分含量计，Cr：21

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用镍基高温合金、镍基高温合金粉末材料和制品


[0001]本专利技术属于增材制造用镍基高温合金
，具体涉及一种增材制造用镍基高温合金、镍基高温合金粉末材料和制品。

技术介绍

[0002]高温合金又称热强合金或超合金，它可在600℃以上的氧化、燃气腐蚀及复杂应力条件下工作，具有良好的抗疲劳和抗蠕变性能以及组织稳定性，被广泛应用于航空发动机和工业燃气轮机叶片等领域。传统上，高温合金零件一般通过锻造、铸造和切削等方式来进行加工制造，加工周期长、工序繁杂，难以直接制造具有复杂结构外形或内腔的金属零部件。利用选区激光熔化技术成形的高温合金复杂部件，具有成形精度高、成形周期短、材料可用率高等优点，可以解决传统工艺不足致使的零件成形效率低、可用性差的问题。
[0003]目前，可利用增材制造技术制备的高温合金，较传统方式加工的数量极少，主要是包括可焊好的固溶强化合金（如Inconel625）和低γ
′
含量合金（如Inconel718）等。对于这两种牌号的高温合金已经有着较为成熟的打印体系，成型件被用于航空发动机中涡轮盘、叶片等零部件。
[0004]目前广泛使用的材料，如Nimonic263、Inconel718、Inconel625等，虽然其有较为优良的工艺性能，但是其合金化程度不高，Al、Ti含量低，无法产生足够数量的γ
′
相来强化合金，难以满足800℃以上工作的要求。
[0005]同时，由于增材制造技术成形过程与传统工艺完全不同，现有牌号的高性能高温合金（如Inconel738，其化学组成为：Cr：15.7
‑
16.3%，Co：8
‑
9%，Al: 3.2
‑
3.7%，Ti: 3.0
‑
3.5%，W: 2.4
‑
2.8%，Ta: 1.5
‑
2.0%，Mo: 1.5
‑
2%，Nb: 0.6
‑
1.1%，C: 0.1
‑
0.2%，Si: ≤0.3%，Mn: ≤0.2%，Zr: 0.05
‑
0.15%，B: 0.05
‑
0.015%，余量为Ni和不可避免的杂质元素），在增材制造过程中，易于产生微裂纹等问题，造成其力学性能的下降，严重限制了合金在高温部件中的应用，尤其是无法满足航空发动机、燃气轮机中关键零部件的要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有镍基高温合金粉末在增材制造后力学性能下降，尤其是高温强度不足的缺陷，提供一种增材制造用镍基高温合金、镍基高温合金粉末材料和制品，该镍基高温合金用于增材制造中具有高温强度，力学性能优，能够满足航空发动机、燃气轮机中关键零部件对高性能的要求。
[0007]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种增材制造用镍基高温合金，包括如下含量的元素：以重量百分含量计，Cr：21
‑
25%，Co：18
‑
20%，Al：0.8
‑
1.5%，Ti：1.5
‑
4.5%，W：1.3
‑
2.6%，Ta：0.6
‑
1.5%，Nb：0.6
‑
2%，C：0.2
‑
0.6%，余量为Ni和不可避免的杂质。
[0008]在一些优选实施方式中，C：0.25
‑
0.45%。
[0009]在一些优选实施方式中，Al和Ti的含量之和不超过4%。
[0010]在一些优选实施方式中，Al：0.8
‑
1.5%，Ti：1.5
‑
2.5%。
[0011]在一些优选实施方式中，Ti/Al=1
‑
3。
[0012]第二方面，本专利技术提供一种镍基高温合金粉末材料，其具有第一方面所述的镍基高温合金的组成。
[0013]在一些优选实施方式中，所述镍基高温合金粉末材料的粒度为15
‑
53μm。
[0014]在一些优选实施方式中，所述镍基高温合金粉末材料为球形。
[0015]第三方面，本专利技术提供一种镍基高温合金制品，将第二方面所述的镍基高温合金粉末材料通过增材制造方法制得。
[0016]在一些优选实施方式中，所述镍基高温合金制品的致密度在99.8%以上。
[0017]在一些优选实施方式中，所述镍基高温合金制品的力学性能满足：在800
‑
850℃的抗拉强度为1320
‑
1404MPa，屈服强度为1120
‑
1280MPa。
[0018]本专利技术的专利技术人研究发现，在现有的镍基高温合金材料中，所含的各关键合金元素种类（如Cr、Co、Ta、Nb、C等）及含量通常在较低水平，如Inconel738的化学组成，本领域技术人员普遍认为若某些元素的含量高于某值（例如C含量一般在0.2%以下），会由于量过高而引起不良效果，故通常在常规范围内对各合金元素进行优化；例如，C是晶界强化元素，可有效改善合金的综合性能，其量过大时，在增材制造中打印所得合金制品容易出现微裂纹，会使合金制品的性能明显降低。
[0019]而专利技术人经过大量研究进一步发现，C含量增大至非常规范围（超过0.2%）时，反而利于增材制造的合金制品的综合性能（包括高温强度），并能抑制合金制品微裂纹的产生；这是由于：适宜增大量的C可以促进碳化物的形成，在增材制造大温度梯度快速凝固的条件下，碳化物来不及长大，会以纳米级别的MC型碳化物存在，并分布在胞状组织、柱状组织及晶界边缘，这种弥散分布的纳米级碳化物可以有效的承载快冷过程中的热应力，并且由于数量众多，分散在单个碳化物上的应力并不足以使碳化物开裂，因此，在整体上抑制了合金制品微裂纹的产生，且增强了合金制品的高温强度。
[0020]本专利技术通过控制合金成分中的关键合金元素种类及含量，尤其是C含量，来提高合金的高温强度。其中，特别的提高C含量在上述特定范围，既能增强了合金制品的高温强度，还能抑制合金制品微裂纹的产生。
[0021]与目前高强度高温合金Inconel738相比，本专利技术的镍基高温合金粉末材料在选区激光熔化成型后，能够打印出致密的，且满足高温高强度需求下的复杂零部件（即制品）；且所得制品的高温力学性能明显提升，并具有优异的抗高温氧化能力。
[0022]在本专利技术的一些优选方案中，对Al和Ti等元素含量进一步优化，其能够与C含量相协同，能够形成适宜量的γ
′
相来强化合金，并最大化地阻碍晶相的运动，进一步改善合金的综合性能。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例1的金相组织照片。
[0024]图2是本专利技术实施例1的微观组织照片；其中，（a）是晶粒组织图，（b）是碳化物组织分布图。
[0025]图3是本专利技术实施例2的金相组织照片。
[0026]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用镍基高温合金，其特征在于，包括如下含量的元素：以重量百分含量计，Cr：21
‑
25%，Co：18
‑
20.5%，Al：0.8
‑
1.7%，Ti：1.5
‑
4.3%，W：1.3
‑
2.2%，Ta：0.6
‑
1.5%，Nb：0.6
‑
1.8%，C：0.25
‑
0.6%，余量为Ni和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的镍基高温合金，其特征在于，C：0.25
‑
0.45%。3.根据权利要求1所述的镍基高温合金，其特征在于，Al和Ti的含量之和不超过4%。4.根据权利要求3所述的镍基高温合金，其特征在于，Al：0.8
‑
1.5%，Ti：1.5
‑
2.5%。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞，毕中南，张喆，夏天，王睿，张鹏，
申请(专利权)人：北京钢研高纳科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：