增材制造用金属粉末制造技术

本发明专利技术涉及增材制造用金属粉末，以重量含量表示，所述增材制造用金属粉末的组成包含以下元素：0.01％≤C≤0.2％、4.6％≤Ti≤10％、(0.45

Metal powder for additive manufacturing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造用金属粉末
[0001]本专利技术涉及用于制造钢部件的金属粉末，特别地涉及用于增材制造的金属粉末。本专利技术还涉及用于制造金属粉末的方法。
[0002]FeTiB2钢由于其优异的高弹性模量E、低密度和高抗拉强度而吸引了很多关注。然而，这样的钢板难以通过常规路线以良好的产率生产，这限制了其使用。
[0003]因此，本专利技术的目的是通过提供FeTiB2粉末来弥补这样的缺陷，所述FeTiB2粉末可以通过增材制造方法而有效地用于制造部件同时保持良好的使用特性。
[0004]出于该目的，本专利技术的第一主题包括金属粉末，以重量含量表示，所述金属粉末的组成包含以下元素：
[0005]0.01％≤C≤0.2％
[0006]4.6％≤Ti≤10％
[0007](0.45
×
Ti)
‑
0.22％≤B≤(0.45
×
Ti)+0.70％
[0008]S≤0.03％
[0009]P≤0.04％
[0010]N≤0.05％
[0011]O≤0.05％
[0012]以及任选地包含：
[0013]Si≤1.5％
[0014]Mn≤3％
[0015]Al≤1.5％
[0016]Ni≤1％
[0017]Mo≤1％
[0018]Cr≤3％
[0019]Cu≤1％
[0020]Nb≤0.1％
[0021]V≤0.5％
[0022]以及包含析出物TiB2和Fe2B，余量为Fe和由加工产生的不可避免的杂质，TiB2的体积百分比等于或大于10％，以及所述粉末的平均堆积密度为7.50g/cm3或更小。
[0023]根据本专利技术的金属粉末还可以具有单独考虑或组合考虑的权利要求2至4中任一项列出的任选特征。
[0024]本专利技术的第二主题包括用于制造增材制造用金属粉末的方法，包括：
[0025]‑
使元素和/或金属合金在高于液相线温度至少50℃的温度下熔化以获得熔融组合物，以重量含量表示，所述熔融组合物包含：0.01％≤C≤0.2％、4.6％≤Ti≤10％、(0.45
×
Ti)
‑
0.22％≤B≤(0.45
×
Ti)+0.70％、S≤0.03％、P≤0.04％、N≤0.05％、O≤0.05％，以及任选地包含Si≤1.5％、Mn≤3％、Al≤1.5％、Ni≤1％、Mo≤1％、Cr≤3％、Cu≤1％、Nb≤0.1％、V≤0.5％，余量为Fe和由加工产生的不可避免的杂质，以及
[0026]‑
通过喷嘴用加压气体将熔融组合物雾化。
[0027]根据本专利技术的方法还可以具有单独考虑或组合考虑的权利要求6至8中任一项列出的任选特征。
[0028]通过阅读以下描述将更好地理解本专利技术，以下描述仅仅出于说明的目的而提供并且决不旨在是限制性的。
[0029]根据本专利技术的粉末具有特定组成，该特定组成经平衡以在用于制造部件时获得良好特性。
[0030]碳含量是受限的，因为当碳含量大于0.20％时，可焊性因HAZ(热影响区)中的耐冷裂性和韧性而降低。当碳含量等于或小于0.050重量％时，耐可焊性得到特别地改善。
[0031]由于钢的钛含量，因此优选限制碳含量以避免液体金属中TiC和/或Ti(C,N)的初生析出物。最大碳含量必须优选限制在0.1％，并且甚至更好地限制在0.080％，以主要在凝固期间或在固相中产生TiC和/或Ti(C,N)析出物。
[0032]硅是任选的元素，并且当添加时，由于固溶硬化，其有助于有效地增加抗拉强度。然而，硅的过量添加导致形成难以去除的粘附氧化物。为了保持良好的表面特性，硅含量必须不超过1.5重量％。
[0033]锰元素是任选的。然而，以等于或大于0.06％的量，锰提高淬透性并且有助于固溶硬化并因此提高抗拉强度。其与任何存在的硫结合，因此降低了热开裂的风险。但是，高于3重量％的锰含量，存在在凝固期间形成锰的有害偏析的较大风险。
[0034]铝元素是任选的。然而，以等于或大于0.005％的量，铝是用于使钢脱氧的非常有效的元素。但是，高于1.5重量％的含量，发生过多的氧化铝的初生析出，导致加工问题。
[0035]以大于0.030％的量，硫以过多的量倾向于以硫化锰的形式析出，这是不利的。
[0036]磷是已知在晶界处偏析的元素。其含量必须不超过0.040％以保持足够的热延性，从而避免开裂。
[0037]任选地，可以添加镍、铜或钼，这些元素提高钢的抗拉强度。出于经济原因，这些添加限制在1重量％。
[0038]任选地，可以添加铬以提高抗拉强度。还允许更大量的碳化物析出。然而，其含量限制在3重量％以制造更便宜的钢。优选地选择等于或小于0.080％的铬含量。这是因为铬的过量添加导致析出更多的碳化物。
[0039]还任选地，可以分别以等于或小于0.1％和等于或小于0.5％的量添加铌和钒，以便以细的析出的碳氮化物的形式获得互补硬化(complementary hardening)。
[0040]钛和硼在根据本专利技术的粉末中起重要作用。
[0041]钛以4.6％至10％的量存在。当钛的重量含量小于4.6％时，无法以足够的量出现TiB2析出物。这是因为析出的TiB2的体积分数小于10％，从而排除了弹性模量的显著变化，其可能保持小于240GPa。当钛的重量含量大于10％时，在液体金属中出现粗的初生TiB2析出物并在产品中引起问题。此外，利用标准雾化过程无法实现液相线温度升高和至少50℃的过热。
[0042]FeTiB2共晶析出物在凝固时出现。析出物的共晶性质使形成的显微组织具有有利于机械特性的特定的细度和均匀性。当TiB2共晶析出物的量大于TiB2析出物的10体积％时，模量可能超过约240GPa，从而能够设计出明显减轻的组织。在包含诸如铬或钼的合金元素的钢的情况下，该量可以增加至15体积％以超过约250GPa。这是因为当存在这些元素时，使
在共晶析出的情况下可以获得的TiB2的最大量增加。
[0043]如上所述，钛必须以足够的量存在以引起内生TiB2形成。
[0044]在本专利技术的框架内，在此“游离Ti”表示不以析出物的形式结合的Ti的含量。游离Ti含量可以评估为游离Ti＝Ti
‑
2.215
×
B，B表示粉末中的硼含量。
[0045]根据本专利技术，钛和硼含量使得：
[0046]‑
0.22≤B
‑
(0.45
×
Ti)≤0.70
[0047]在该范围内，游离Ti的含量小于0.5％。优选将游离Ti设定在0.30％至0.40％的值。析出以两种连续共晶的形式发生：首先是FeTiB2，然后是Fe2B，根据合金的硼含量，Fe2B的该第二种内生析出以更多或更少的量发生。以Fe2B的形式析出的量可以高至8体积％。该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种金属粉末，以重量含量表示，组成包含以下元素：0.01％≤C≤0.2％4.6％≤Ti≤10％(0.45
×
Ti)
‑
0.22％≤B≤(0.45
×
Ti)+0.70％S≤0.03％P≤0.04％N≤0.05％O≤0.05％以及任选地包含：Si≤1.5％Mn≤3％Al≤1.5％Ni≤1％Mo≤1％Cr≤3％Cu≤1％Nb≤0.1％V≤0.5％以及包含析出物TiB2和Fe2B，余量为Fe和由加工产生的不可避免的杂质，TiB2的体积百分比等于或大于10％，以及所述粉末的平均堆积密度为7.50g/cm3或更小。2.根据权利要求1所述的金属粉末，其中Fe2B的体积百分比为至少4％。3.根据权利要求1或2中任一项所述的金属粉末，其中所述粉末中的游离Ti含量为0.30重量％至0.40重量％。4.一种用于制造增材制造用金属粉末的方法，包括：
‑
使元素和/或金属合金在高于液相线温度至少50℃的温度下熔化以获得熔融组合物，以重量含量表示，...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗萨莉娅，
申请(专利权)人：安赛乐米塔尔公司，
类型：发明
国别省市：