适应选区激光熔化成形的Ni-Cr-W基高温合金及制备方法技术

一种适应选区激光熔化成形的Ni

【技术实现步骤摘要】
适应选区激光熔化成形的Ni
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Cr
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W基高温合金及制备方法


[0001]本专利技术涉及金属增材制造及高强高温合金领域，具体是一种适应选区激光熔化成形的完全抗氧化级Ni
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Cr
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W基高温合金。

技术介绍

[0002]以Haynes230合金(国内牌号GH3230)为代表的Ni
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Cr
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W基高温合金是固溶强化型高温合金，兼具优异的高温强度和抗氧化性能，主要用于制作航天发动机热端部件。近年来随着服役温度的提高，对合金材料1000℃及以上的高温强度和抗氧化性提出了更高的需求。Haynes230合金和现有的Ni基高温合金不能同时满足在1000℃及更高温度服役时对合金高强度和抗氧化性能的要求。除此之外，发动机热端部件一般形状复杂，采用传统铸造和锻造工艺生产时，存在组织均匀性差、力学性能不均匀且难以成形等问题。选区激光熔化技术可以有效解决高温合金铸锻件偏析严重、成形困难等问题，成形组织均匀细小，因此被认为是制备高强度复杂结构件的有效途径。但是镍基高温合金本身较大的热膨胀系数和热导率以及选区激光熔化成形过程中较高的温度梯度和冷却速率，使得加工过程中容易产生较高的热应力，从而导致合金热裂纹的产生。
[0003]现有技术中，开展有关于消除热裂纹方面的研究。在文献“Two
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step heat treatmentfor laser powder bed fusion of a nickel
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based superalloy with simultaneously enhancedtensile strength and ductility.Additive Manufacturing,46(2021)102168”中，Sun等采用热等静压技术对选区激光熔化成形镍基高温合金在1050℃下进行后处理，合金中的微裂纹可以有效愈合。然而，热等静压处理延长了工艺流程，增高了生产成本，且无法消除合金表面的裂纹。
[0004]在文献“The effect of preheating on microstructure and mechanical properties of lasersolid forming IN
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738LC alloy.Materials Science and Engineering A,691(2017):71
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80.”， Xu等采用基板预热的方法对IN
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738LC合金进行成形，当预热温度为1050℃时，得到了无裂纹的样品。但是，该方法预热温度过高，成本过高，不适合大批量的生产。
[0005]在公开号为CN202110281917.3的专利技术创造中公开了一种减少选区激光熔化成形 GH3230合金中热裂纹的方法。该方法主要是通过加入1～2wt.％的二硼化钛颗粒作为异质形核点来细化晶粒，缓解应力集中，在减少热裂纹的同时，将合金的室温强度提升至1162MPa。然而，这种硬质陶瓷颗粒的加入会使得合金的塑性低于20％。
[0006]在提高强度方面，本团队在公开号为201510955270.2的专利技术创造中公开了一种提高Ni
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Cr
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W合金力学性能的方法。该专利技术主要通过加入0.7
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1.7(at.％)的Mo来析出弥散的Pt2Mo型强化相，从而提高合金的力学性能。但是在文献“PrecipitationofcoherentNi2(Cr,W)superlatticeinanNi
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Cr
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Wsuperalloy.MaterialsCharacteriz ation.111(2016):86
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92.”中，本团队高等发现这种Pt2Mo型结构的强化相溶解温度较低，在600℃以上会固溶于基体，限制了合金在更高温度下的发展和使用。在文献“Precipitation of coherent Ni2
(Cr,W)superlattice in an Ni
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Cr
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W superalloy.MaterialsCharacterization.111(2016):86
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92.”中，Sui等对含Nb的Inconel718合金(国内牌号 GH4169)进行研究，发现Nb的加入可以使得合金中生成溶解温度高达1100℃的Laves 相，细小弥散的Laves颗粒可以显著提高的室温强度，但是该合金在1000℃的抗氧化性能较低，平均氧化速率高于0.1620g/m2h。
[0007]综上所述，现有的镍基高温合金体系不能在利用选区激光熔化技术制备时，同时保持无缺陷，高强度和完全抗氧化级；现有的消除选区激光熔化成形镍基高温合金热裂纹的方法，如热等静压，基板预热，颗粒强化等，也存在成本高，工艺困难，不能批量生产，不能保证合金塑性等问题。因此，有必要设计出一种新的Ni
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Cr
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W基高温合金，使得其在适应选区激光熔化成形技术的同时，具有优异的室温和高温力学性能，并保证完全抗氧化级。

技术实现思路

[0008]为克服现有镍基高温合金不能兼顾无缺陷、高强度和抗氧化性能的不足，本专利技术提出了一种适应选区激光熔化成形的Ni
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Cr
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W基高温合金及制备方法。
[0009]本专利技术提出的适应选区激光熔化成形的Ni
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Cr
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W基高温合金由22.3～22.6wt.％的 Cr、13.5～14.9wt.％的W，0.5～1.0wt.％的Mo，0.5～1.0wt.％的Ta，2.1～3.0wt.％的Al， 0.5～1.5wt.％的Ti，1.5～2.5wt.％的Nb，0.01～0.03wt.％的C，0.005～0.015wt.％的B，余量为Ni。所述的百分比均为质量百分比。
[0010]本专利技术提出的制备所述适应选区激光熔化成形的Ni
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Cr
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W基高温合金的具体过程是：
[0011]步骤1：粉末制备及预处理。
[0012]依据所述Ni
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Cr
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W基高温合金成分称量原料。将称量的原料混合均匀后熔炼成母合金铸锭。将得到母合金铸锭加工成直合金棒；将得到的合金棒等离子旋转电极雾化法加工成为合金粉末。干燥后备用。
[0013]所述合金粉末的粒径为15～53μm。
[0014]步骤2：建立三维模型。
[0015]在MaterialiseMagics软件中构建待成形Ni
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Cr
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W基高温合金零件的三维模型；对构建的三维模型进行分层处理。将确定的该三维模型的各参数导入选区激光熔化打印机中。
[0016]所述三维模型的分层厚度均为0.05mm。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适应选区激光熔化成形的Ni
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Cr
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W基高温合金，其特征在于，由22.3～22.6wt.％的Cr、13.5～14.9wt.％的W，0.5～1.0wt.％的Mo，0.5～1.0wt.％的Ta，2.1～3.0wt.％的Al，0.5～1.5wt.％的Ti，1.5～2.5wt.％的Nb，0.01～0.03wt.％的C，0.005～0.015wt.％的B，余量为Ni；所述的百分比均为质量百分比。2.一种制备权利要求1所述适应选区激光熔化成形的Ni
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Cr
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W基高温合金的，其特征在于，具体过程是：步骤1：粉末制备及预处理；依据所述Ni
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Cr
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W基高温合金成分称量原料；将称量的原料混合均匀后熔炼成母合金铸锭；将得到母合金铸锭加工成直合金棒；将得到的合金棒等离子旋转电极雾化法加工成为合金粉末；干燥后备用；步骤2：建立三维模型；在MaterialiseMagics软件中构建待成形Ni
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Cr
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W基高温合金零件的三维模型；对构建的三维模型进行分层处理；将确定的该三维模型的各参数导入选区激光熔化打印机中；步骤3：铺粉及基板预热；清洗基板表面；将得到的合金粉末置于可升降的供粉缸中；向该成型缸中通入保护气体至成型缸内氧气含量≤200ppm；通入保护气体；分别调节成型缸的位置和供粉缸的位置，使成型缸中基板的上表面与供粉缸中粉末的上沿与设备刮刀的下表面平齐；以5℃/min的升温速率将所述基板升温至100℃，完成对该基板的预热；步骤4：设置成形参数；所述激光熔化成形的参数包括激光功率、扫描速度、扫描间距和铺粉层厚；所述激光功率200～300W、扫描速度为600～1000mm/s、扫描间距为0.1mm、铺粉层厚为0.05mm；每一层内激光扫描方式为双向扫描，相邻层之间的激光扫描路径顺时针旋转6...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡锐，刘鑫鑫，罗贤，杨晨宇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：