一种增材制造镍基高温合金及其制备方法技术

本发明专利技术是关于一种增材制造镍基高温合金及其制备方法，涉及增材制造镍基高温合金技术领域。主要采用的技术方案为：一种增材制造镍基高温合金，以重量百分比计，所述增材制造镍基高温合金的化学成分如下：Cr 6.5

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造镍基高温合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种增材制造镍基高温合金
，特别是涉及一种增材制造镍基高温合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镍基高温合金由于其优异的高温稳定性和力学性能，是目前以及未来相当长时期内先进高推重比航空发动机中承受温度最高、应力载荷最复杂的关键热端部件的首选材料。
[0003]增材制造技术因其制备自由度高、周期短、可实现一体化成形等优点，使得增材制造高温合金精密构件的需求愈发迫切。然而，由于高温合金的高合金化以及高体积分数的γ'相，在打印过程中会出现裂纹、孔洞等缺陷。目前，国内外主要采用的工艺优化(调控扫描速度、激光功率等)无法彻底消除裂纹，而成分的设计优化可以有效地解决缺陷问题。
[0004]有研究表明：当Al+Ti≥6.5wt％时，增材制造高温合金易出现低熔点相以及γ'相体积分数偏高等，会导致可焊性差(如IN738、CM247、CMSX
‑
4合金等)；但Al、Ti等γ'相形成元素含量的降低，将导致合金中高温强化相γ'相体积分数的减少，影响合金的高温力学性能。Ta元素作为主要的γ'相形成元素，具有原子半径大、扩散系数低等特点，可以替代部分Al原子形成并强化γ'相，从而减少Al、Ti等元素的添加，抑制低熔点相的形成并控制γ'相含量，降低合金裂纹敏感性。但Al、Ti、Ta含量过多仍会导致低熔点相、碳化物、γ'相含量以及凝固范围的增加，合金裂纹敏感性快速升高，组织稳定性恶化。
[0005]因此，本专利技术的专利技术人认为：要保证足够的γ'相含量获得优异的高温力学性能，同时保持良好的组织稳定性及低的裂纹敏感性，必须将Al、Ti、Ta元素的含量分别控制在合适的范围内，这个范围的确定是目前的难题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种增材制造镍基高温合金及其制备方法，主要目的在提供及制备出一种同时具有优异的高温性能、良好的组织稳定性、低的裂纹敏感性及低孔洞缺陷的增材制造镍基高温合金。
[0007]为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：
[0008]一方面，本专利技术的实施例提供一种增材制造镍基高温合金，其中，以重量百分比计，所述增材制造镍基高温合金的化学成分如下：
[0009]Cr 6.5
‑
9.5wt％；
[0010]Co 6.5
‑
9.5wt％；
[0011]W 6.5
‑
9.5wt％；
[0012]Mo 1.0
‑
2.5wt％；
[0013]Al 4.0
‑
5.5wt％；
[0014]Ti 0.5
‑
1.5wt％；
[0015]Ta 4.5
‑
6.0wt％；
[0016]C 0.01
‑
0.1wt％；
[0017]B 0.01
‑
0.1wt％；
[0018]余量为Ni。
[0019]优选的，若所述增材制造镍基高温合金为激光金属沉积打印态，则所述增材制造镍基高温合金中的γ'相的体积分数为40
‑
50％；对激光金属沉积打印态进行热处理后，其中的γ'相的体积分数为50
‑
60％。
[0020]优选的，若所述增材制造镍基高温合金为选区激光熔化打印态(打印态中具有很少γ'相，几乎没有)，则对选区激光熔化打印态进行热处理后，其中的γ'相的体积分数为50
‑
60％。
[0021]优选的，若所述增材制造镍基高温合金为激光金属沉积打印态，则：所述增材制造镍基高温合金的微观组织呈现出沿构建方向生长的柱状晶；在所述柱状晶的内部有平行生长(在此的“平行”指的是：平行于构建方向，并且相互之间也是平行的生长)的树枝晶及枝晶间的细小γ'相；其中，树枝晶的一次枝晶间距为30
‑
50μm，优选为30
‑
40μm；所述γ'相的尺寸为0.05
‑
0.1μm，且所述γ'相的形状具有一定的立方度；优选的，所述γ'相分布在所述树枝晶的枝晶干与枝晶间区域；优选的，所述增材制造镍基高温合金的微观组织中的碳化物的尺寸≤150nm，优选≤100nm；所述碳化物弥散地分布在所述树枝晶的枝晶干与枝晶间区域。优选的，所述柱状晶的晶粒平均尺寸为250
‑
300μm。
[0022]优选的，若所述增材制造镍基高温合金为激光金属沉积打印态，则所述镍基高温合金的瞬时拉伸性能如下：在室温下，所述增材制造镍基高温合金的σ
b
≥1320MPa，σ
0.2
≥970MPa，A≥19％；在760℃的温度下，所述增材制造镍基高温合金的σ
b
≥1170MPa，σ
0.2
≥925MPa，A≥35％；在1000℃的温度下，所述增材制造镍基高温合金的σ
b
≥450MPa,σ
0.2
≥350MPa，A≥50％。
[0023]优选的，若所述增材制造镍基高温合金为选区激光熔化打印态，则：所述镍基高温合金的微观组织呈现沿构建方向生长的柱状晶；在所述柱状晶的内部具有胞状组织。优选的，所述柱状晶的晶粒平均尺寸为60
‑
100μm。
[0024]优选的，若所述增材制造镍基高温合金为选区激光熔化打印态，则所述镍基高温合金的瞬时拉伸性能如下：在室温下，所述增材制造镍基高温合金的σ
b
≥1100MPa，σ
0.2
≥850MPa，A≥19％；在760℃的温度下，所述增材制造镍基高温合金的σ
b
≥1100MPa，σ
0.2
≥900MPa，A≥12％；在1000℃的温度下，所述增材制造镍基高温合金的σ
b
≥558MPa,σ
0.2
≥370MPa，A≥10％。
[0025]另一方面，本专利技术实施例还提出上述任一项所述的增材制造镍基高温合金的制备方法，其中，所述增材制造镍基高温合金的制备方法包括如下步骤：
[0026]制备母合金步骤：对原料进行真空冶炼并浇铸成符合所述化学成分的母合金；
[0027]制备合金粉末步骤：将所述母合金雾化成合金粉末；
[0028]制备镍基高温合金步骤：利用激光金属沉积工艺或者选区激光熔化工艺将所述合金粉末打印成增材制造镍基高温合金。
[0029]优选的，在所述制备母合金的步骤中：
[0030]所述真空冶炼的步骤为：在1500
‑
1600℃下精炼5
‑
10min；和/或
[0031]所述浇铸的温度1420
‑
1480℃；和/或
[0032]在所述浇铸后，进行打磨吹砂处理；和/或
[0033]所述母合金中的杂质元素的含量小于5ppm；其中，所述杂质元素包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造镍基高温合金，其特征在于，以重量百分比计，所述增材制造镍基高温合金的化学成分如下：Cr 6.5
‑
9.5wt％；Co 6.5
‑
9.5wt％；W 6.5
‑
9.5wt％；Mo 1.0
‑
2.5wt％；Al 4.0
‑
5.5wt％；Ti 0.5
‑
1.5wt％；Ta 4.5
‑
6.0wt％；C 0.01
‑
0.1wt％；B 0.01
‑
0.1wt％；余量为Ni。2.根据权利要求1所述的增材制造镍基高温合金，其特征在于，若所述增材制造镍基高温合金为激光金属沉积打印态，则所述增材制造镍基高温合金中的γ'相的体积分数为40
‑
50％；对激光金属沉积打印态进行热处理后，其中的γ'相的体积分数为50
‑
60％；若所述增材制造镍基高温合金为选区激光熔化打印态，则对选区激光熔化打印态进行热处理后，其中的γ'相的体积分数为50
‑
60％。3.根据权利要求1或2所述的增材制造镍基高温合金，其特征在于，若所述增材制造镍基高温合金为激光金属沉积打印态，则：所述增材制造镍基高温合金的微观组织呈现出沿构建方向生长的柱状晶；在所述柱状晶的内部有平行生长的树枝晶及枝晶间的γ'相；其中，树枝晶的一次枝晶间距为30
‑
50μm，优选为30
‑
40μm；所述γ'相的尺寸为0.05
‑
0.1μm，且所述γ'相的形状具有立方度；优选的，所述γ'相分布在所述树枝晶的枝晶干与枝晶间区域；优选的，所述柱状晶的晶粒平均尺寸为250
‑
300μm；优选的，所述增材制造镍基高温合金的微观组织中的碳化物的尺寸≤150nm，优选≤100nm；所述碳化物弥散地分布在所述树枝晶的枝晶干与枝晶间区域。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的增材制造镍基高温合金，其特征在于，若所述增材制造镍基高温合金为激光金属沉积打印态，则所述镍基高温合金的瞬时拉伸性能如下：在室温下，所述增材制造镍基高温合金的σ
b
≥1320MPa，σ
0.2
≥970MPa，A≥19％；在760℃的温度下，所述增材制造镍基高温合金的σ
b
≥1170MPa，σ
0.2
≥925MPa，A≥35％；在1000℃的温度下，所述增材制造镍基高温合金的σ
b
≥450MPa,σ
0.2
≥350MPa，A≥50％。5.根据权利要求1或2所述的增材制造镍基高温合金，其特征在于，若所述增材制造镍基高温合金为选区激光熔化打印态，则：所述镍基高温合金的微观组织呈现沿构建方向生长的柱状晶；在所述柱状晶的内部具有胞状组织；优选的，所述柱状晶的晶粒平均尺寸为60

【专利技术属性】
技术研发人员：梁静静，宋巍，李金国，周亦胄，孙晓峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：