GH3230合金粉末、其制备方法及激光粉末床熔融GH3230合金构件的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种GH3230合金粉末、其制备方法及激光粉末床熔融GH3230合金构件的制备方法，属于高温合金技术领域。为解决裂纹影响1000℃以上服役的燃烧室用激光粉末床熔融GH3230合金构件性能的问题，本发明专利技术通过气雾化制备GH3230合金粉末并将其用于激光粉末床熔融GH3230合金构件的制备。本发明专利技术在标准GH3230合金成分范围内合理控制元素含量变化，使得GH3230合金固有性能不发生变化，但改变了沉积态GH3230合金晶粒生长方向，降低织构强度，缓解晶界残余应变，减小激光粉末床熔融GH3230合金凝固温度区间，从而降低了激光粉末床熔融GH3230合金热裂纹敏感性，抑制了合金裂纹产生。生。生。

【技术实现步骤摘要】
GH3230合金粉末、其制备方法及激光粉末床熔融GH3230合金构件的制备方法


[0001]本专利技术属于高温合金
，尤其涉及一种GH3230合金粉末、其制备方法及激光粉末床熔融GH3230合金构件的制备方法。

技术介绍

[0002]为了提高新一代航天发动机推重比，发动机轻量化和结构一体化设计成为满足发动机减重和结构优化的关键技术。激光粉末床熔融作为一种以激光为能量源的增材制造技术，可以成功实现复杂结构零件的精密一体化制造和快速成形，大幅减少发动机零件数量，缩短发动机构件制造周期。
[0003]GH3230合金是一种固溶强化型Ni
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Cr
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W
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Mo高温合金，该合金在1000℃具有良好的高温热强性和热稳定性，被广泛应用于航空发动机热端部件。然而，激光粉末床熔融加工是一个非平衡凝固过程，成形过程中熔池经历107K/s量级的超快速熔凝和反复快速升/降温热循环，在材料内引入不均匀的残余热应力。对于GH3230合金而言，其在凝固过程中存在较大的凝固温度区间，在最后凝固区域发生Cr、B、C、Si等低熔点元素富集，导致存在大范围的糊状区，在残余拉应力作用下极易发生热开裂，严重影响材料的力学性能。
[0004]针对GH3230增材制造热裂纹这一问题，目前主流的解决方法有优化工艺参数、引入形核剂、优化合金成分等。公开号为CN113061782A的专利技术专利申请通过加入陶瓷颗粒，增大异质形核剂数量，实现基体的快速形核，增大晶界面积，缓解晶界偏析程度，抑制凝固末期低熔点共晶产物的大量聚集，有效解决了GH3230合金在增材制造过程中出现开裂的问题，提高了细晶强化和沉淀强化效果。但是，GH3230合金是一种低Al、Ti固溶强化型高温合金，TiB2、TiC等陶瓷颗粒的添加在高温长期服役中稳定性会发生改变，颗粒的分解使得试样中Al、Ti含量增加，导致合金性能发生改变，降低合金高温服役性能稳定性。此外，对于在高温下使用的高温合金来说，晶界是导致材料强度和塑性弱化的关键因素，通过大幅增加晶界面积抑制裂纹的方法是不可行的。
[0005]Sun等采用热等静压技术对选区激光熔化成形GH3230镍基高温合金进行热等静压处理，有效愈合试样内微裂纹。然而，热等静压处理延长了工艺流程，增高了生产成本，无法消除合金表面的裂纹；且热等静压使得晶粒和碳化物发生粗大，严重影响合金力学性能。
[0006]在公开号为CN114855030A的专利技术专利申请中公开了一种提高Ni
‑
Cr
‑
W合金性能的方法，通过降低碳含量至小于0.03％，消除晶界硬脆碳化物，使得凝固最后阶段枝晶间液相容易补缩，从而降低了Ni
‑
Cr
‑
W合金在选区激光熔化过程中热裂纹倾向，有效消除热裂纹。但是，该合金除了降低了碳含量，相比GH3230合金Al、Ti、Nb等γ
’
/γ”相形成元素的含量大幅度提升，并且加入了Ta元素，这使得合金的成本提高，且将GH3230合金的主强化机制固溶强化转变为沉淀强化，沉积态产生的Laves相和γ
’
/γ”相严重影响合金长期高温服役过程组织与性能的稳定性。
[0007]综上，现有用于改善激光粉末床熔融GH3230合金裂纹的方法均会降低合金高温服
役稳定性，不适用于长期在1000℃以上服役的燃烧室应用，严重制约了激光粉末床熔融GH3230合金在航空航天发动机领域的应用。

技术实现思路

[0008]为解决裂纹影响1000℃以上服役的燃烧室用激光粉末床熔融GH3230合金构件性能的问题，本专利技术提供一种GH3230合金粉末、其制备方法及激光粉末床熔融GH3230合金构件的制备方法。
[0009]本专利技术的技术方案：
[0010]一种GH3230合金粉末，所述GH3230合金粉末的化学成分按重量百分含量包括：Cr：20～24wt％、W：13～15wt％、Mo：1～3wt％、C：0.05～0.15wt％，Si：0.25～0.75wt％，Mn：0.4～0.6wt％，Fe：≤3.0wt％，Co：≤5.0wt％，Al：0.2～0.5wt％，Ti：≤0.1wt％，Cu：≤0.5wt％，La：0.005～0.05wt％，B：≤0.015wt％，余量为Ni。
[0011]进一步的，所述GH3230合金粉末的化学成分按重量百分含量包括：Cr：21.5～22.5wt％、W：14.7wt％、Mo：2.5～3.0wt％、C：0.10～0.12wt％，Si：0.35～0.5wt％，Mn：0.45～0.55wt％，Fe：1.8～2.0wt％，Co：2.0～2.5wt％，Al：0.4～0.5wt％，Ti：0.05～0.1wt％，Cu：0.45～0.5wt％，La：0.015～0.02wt％，B：0.012～0.015wt％，余量为Ni。
[0012]一种GH3230合金粉末的制备方法，将所述GH3230合金的原料通过机械混合均匀后采用电弧熔炼得到GH3230合金母材铸锭，将所得GH3230合金母材铸锭置于气雾化装置中，在氩气环境中雾化加工成GH3230合金粉末，将所得GH3230合金粉末置于真空环境保护的干燥箱中进行干燥，存储后备用。
[0013]进一步的，所述气雾化装置由环缝式气雾化喷盘与喷嘴组成；所述喷嘴圆孔直径为5mm，合金熔体的雾化流量为8kg/min，用于喷射氩气气体的压力为4MPa。
[0014]进一步的，所述GH3230合金粉末的粒径为15～53μm。
[0015]进一步的，所述干燥为110℃干燥处理5h。
[0016]一种激光粉末床熔融GH3230合金构件的制备方法，包括如下步骤：
[0017]步骤一、建立用于激光粉末床熔融的3D模型：
[0018]设计待成形的GH3230合金构件的3D模型，将模型导入MaterialiseMagics软件对设计的3D模型进行阵列和分层切片处理，分层厚度与铺粉厚度一致，得到所述3D模型的激光加工参数；
[0019]步骤二、模型及成形工艺参数导入：
[0020]将激光粉末床熔融GH3230合金的激光加工参数赋值后的模型导入激光粉末床熔融加工设备中，通过预演示判断打印参数赋值与模型切片设计的正确性；
[0021]步骤三、成形前处理准备：
[0022]成形前清洗基板表面，将权利要求1或2所述GH3230合金粉末预置于送粉舱中，将基板置于升降台后向成形舱通入氩气，调节基板上表面与设备刮刀下表面平齐；将基板预热至100℃，完成成形前处理准备；
[0023]步骤四、激光粉末床熔融成形：
[0024]按设定的激光加工参数分层扫描，层间基板所在升降台下降设定厚度，激光扫描方向顺时针旋转67
°
，循环扫描至完成，得到沉积态GH3230合金构件。
[0025]进一步的，步骤一所述设计待成形的GH3230合金构件的3D模型使用的软件为Soli本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GH3230合金粉末，其特征在于，所述GH3230合金粉末的化学成分按重量百分含量包括：Cr：20～24wt％、W：13～15wt％、Mo：1～3wt％、C：0.05～0.15wt％，Si：0.25～0.75wt％，Mn：0.4～0.6wt％，Fe：≤3.0wt％，Co：≤5.0wt％，Al：0.2～0.5wt％，Ti：≤0.1wt％，Cu：≤0.5wt％，La：0.005～0.05wt％，B：≤0.015wt％，余量为Ni。2.根据权利要求1所述的一种GH3230合金粉末，其特征在于，所述GH3230合金粉末的化学成分按重量百分含量包括：Cr：21.5～22.5wt％、W：14.7wt％、Mo：2.5～3.0wt％、C：0.10～0.12wt％，Si：0.35～0.5wt％，Mn：0.45～0.55wt％，Fe：1.8～2.0wt％，Co：2.0～2.5wt％，Al：0.4～0.5wt％，Ti：0.05～0.1wt％，Cu：0.45～0.5wt％，La：0.015～0.02wt％，B：0.012～0.015wt％，余量为Ni。3.一种权利要求1或2所述GH3230合金粉末的制备方法，其特征在于，将所述GH3230合金的原料通过机械混合均匀后采用电弧熔炼得到GH3230合金母材铸锭，将所得GH3230合金母材铸锭置于气雾化装置中，在氩气环境中雾化加工成GH3230合金粉末，将所得GH3230合金粉末置于真空环境保护的干燥箱中进行干燥，存储后备用。4.根据权利要求3所述一种GH3230合金粉末的制备方法，其特征在于，所述气雾化装置由环缝式气雾化喷盘与喷嘴组成；所述喷嘴圆孔直径为5mm，合金熔体的雾化流量为8kg/min，用于喷射氩气气体的压力为4MPa。5.根据权利要求4所述一种GH3230合金粉末的制备方法，其特征在于，所述GH3230合金粉末的粒径为15～53μm。6.根据权利要求5所述一种GH3230合金粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：林丹阳，席鑫，李子涵，马瑞，宋晓国，石志峰，胡继旭，檀财旺，董志波，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：