一种镍基高温合金K447A及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍基高温合金K447A及其制备方法，制备方法包括：建立SLM成形K447A镍基高温合金样品的三维模型，导入切片软件，进行分层处理；设定样品摆放位置以及柱状空心支撑参数，生成支撑；设置成形激光工艺参数、激光重熔工艺参数和重熔次数；铺设镍基高温合金粉末，进行激光成形扫描，得到成形层的中间产品；对成形层的中间产品进行重熔，得到成形层；逐层加工得到成形件。在选区激光熔化成形过程中通过设计成形路径和扫描次数，提高成形过程中的温度场，减少由于温度梯度过大导致枝晶间元素及析出相在晶界处偏析形成的凝固裂纹，多次重熔后的成形试样中几乎没有裂纹，只有极少量气孔，成形质量好，同时便于操作，成本较低。成本较低。成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种镍基高温合金K447A及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属增材领域，尤其涉及一种镍基高温合金K447A及其制备方法。

技术介绍

[0002]镍基高温合金K447A(Mar
‑
M247)可以在高于650℃的温度和含有应力条件下长期持续工作，在高载荷和高温下具有较好的韧性、疲劳性能以及抗氧化性和抗热腐蚀性，被广泛用于制造热端部件、燃气轮机的涡轮叶片和燃烧室等航空航天领域。
[0003]K447A镍基高温合金首先被应用于定向凝固，该合金等轴晶组织高温下力学性能也在高温合金中名列前茅，所以同时用于等轴晶铸件，具有优良的铸造性能、高温服役性能，以及抗蠕变和抗热腐蚀性能。在凝固过程中，晶界还会析出一些硼化物相。然而，传统的铸造成形铸造成本较高，周期长，工艺要求严格，生产效率较低，尺寸精度较差，容易产生夹砂、气孔等缺陷。
[0004]选区激光熔化(SelectiveLaserMelting，SLM)技术作为金属增材制造成形技术的一种典型方式，不需要昂贵的模具或耗时的后处理就可获得符合设计结构的零部件、高材料利用率和高生产灵活性，并且成形件尺寸精度较高，具有显著的优势。SLM技术首先将待成形零部件的三维模型数值化，获得激光扫描路径切片，然后利用计算机系统和扫描振镜控制激光束对设计好的路径进行扫描熔化粉末，当前一切片层全部路径扫描完成后，基板下降一个切片层厚度，相应的，供粉仓上升一个切片层的高度，粉末铺设机构利用刮刀将新的金属粉末均匀覆盖在已完成加工的成形层之上。往复进行如上加工过程，层叠相加直至将所有切片路径数据扫描完毕，最终获得成形金属零部件。
[0005]K447A镍基高温合金由于具有良好的高温蠕变性能和良好的抗氧化性能，在燃气轮机中得到了广泛的应用。然而，K447A是为铸造加工而开发的，Al+Ti的含量超过6％，并且弥散于基体γ相的强化相γ
′
含量较高，在选区激光熔化成形过程中由于冷速过快、温度梯度较大枝晶间元素及析出相在晶界处偏析，极易产生凝固裂纹，工作性能降低，使用寿命下降，直接影响到成形件的可靠性。
[0006]专利CN115351294A公开了一种选区激光熔融制备镍基高温合金产品的方法，先采用低功率的激光束和较慢扫描速度进行第一次扫描粉末层，对粉末层预热，实现粉末颗粒之间预连接，同时显著降低了粉末层与制件之间的温度梯度；随后采用高功率的激光束以较快的扫描速度，熔凝成形，得到成形层。通过精确控制激光两次扫描能量输入，避免了高能激光与金属粉末作用下的粉末飞溅导致的结合不良和熔池不稳定问题，抑制了孔隙的形成。然而，该方法在所制备的K447A仍然会出现开裂的问题，质量不够理想。
[0007]因此，如何抑制选区激光熔化成形镍基高温铸造合金K447A的开裂，提高选区激光熔化成形高温铸造合金成形质量，是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]本申请的方案基于上述思路，针对选区激光熔化成形镍基高温合金K447A发展的
需求，通过设计激光扫描路径多次重熔提高温度场分布，降低温度梯度和冷却速度，减少成形过程中的凝固裂纹，提供了一种镍基高温合金K447A及其制备方法，解决了选区激光熔化成形镍基高温铸造合金K447A容易开裂的问题，为一次成形高温铸造合金复杂结构零部件提供新的技术途径。
[0009]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0010]一方面，本专利技术提供一种镍基高温合金K447A的制备方法，包括如下步骤：
[0011]步骤1：建立SLM成形K447A镍基高温合金样品的三维模型，导入切片软件，进行分层处理；
[0012]步骤2：将成形基板放入成形仓，设定样品摆放位置以及柱状空心支撑参数，生成支撑；
[0013]步骤3：设置成形激光工艺参数、激光重熔工艺参数和重熔次数；
[0014]步骤4：将镍基高温合金粉末平铺于成形基板上，根据步骤3所设置的激光工艺参数对镍基高温合金粉末进行激光成形扫描，得到成形层的中间产品；
[0015]步骤5：根据步骤3所设置的激光重熔工艺参数和重熔次数对成形层的中间产品进行重熔，得到成形层；
[0016]步骤6：重复步骤4和步骤5，使得到的成形层逐层叠加，直至得到具有步骤1所建立的三维模型形状的成形件。
[0017]进一步地，所述重熔次数为3～5次/层。
[0018]进一步地，步骤5中所述对成形层的中间产品进行重熔的过程中，每进行一次重熔，激光旋转扫描角度为60～90
°
。
[0019]进一步地，步骤4中所述将镍基高温合金粉末平铺于成形基板上的铺粉层厚为30～50μm。
[0020]进一步地，所述成形仓内通入保护气体，并且环境含氧量在50ppm以内。
[0021]进一步地，所述保护气体为氩气。
[0022]进一步地，所述成形激光工艺参数为：成形激光功率120～160W，扫描速度700～800mm/s，扫描间距0.06～0.08mm。
[0023]进一步地，所述激光重熔工艺参数为：重熔激光功率120～150W，扫描速度700～800mm/s，扫描间距0.07～0.08mm。
[0024]另一方面，本专利技术还提供一种镍基高温合金K447A，由上述制备方法所制备得到。
[0025]进一步地，本专利技术提供的镍基高温合金K447A按质量计具有如下组分：Co：10.12％，Cr：8.7％，Mo：0.74％，W：10.3％，Ta：3.1％，Ti：1.15％，Al：5.6％，Hf：1.6％，Zr：0.055％，B：0.017％，C：0.14％，Fe：0.13％，Si：0.04％，Mn：0.01％，S：0.003％，O：0.011％，N：0.005％，其余为Ni。
[0026]本专利技术通过激光多次重熔策略，能够显著降低选区激光熔化成形镍基高温铸造合金K447A的裂纹密度，通过综合考虑激光功率、扫描策略、扫描速度和扫描间距等工艺参数，采用提供的多次重熔工艺参数成形的K447A镍基高温合金样品，显著降低了裂纹密度，提高了其成形质量。
[0027]与现有技术相比，本专利技术所提供的K447A镍基高温合金及其制备方法具有以下优势：
[0028](1)本专利技术通过设计激光扫描路径多次重熔提高温度场分布，降低温度梯度和冷却速度，减少成形过程中的凝固裂纹，这对于镍基高温铸造合金材料的激光快速成形是重要突破，减少了成形件开裂的缺陷，有效地改善了该类高温合金的裂纹敏感性，同时便于操作，成本较低，有助于镍基高温铸造合金的选区激光熔化成形工艺的规模化推动。
[0029](2)本专利技术优化的工艺参数下多次重熔由于进行了激光扫描路径设计，未发生明显热变形，成形质量较好，精度及表面质量较高。
[0030](3)多次重熔后的K447A镍基高温合金试样经过多次试验，其裂纹密度低于0.1％，硬度值为410.8
±
15.2HV
0.2
，达到铸件性能。
附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金K447A的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立SLM成形K447A镍基高温合金样品的三维模型，导入切片软件，进行分层处理；步骤2：将成形基板放入成形仓，设定样品摆放位置以及柱状空心支撑参数，生成支撑；步骤3：设置成形激光工艺参数、激光重熔工艺参数和重熔次数；步骤4：将镍基高温合金粉末平铺于成形基板上，根据步骤3所设置的激光工艺参数对镍基高温合金粉末进行激光成形扫描，得到成形层的中间产品；步骤5：根据步骤3所设置的激光重熔工艺参数和重熔次数对成形层的中间产品进行重熔，得到成形层；步骤6：重复步骤4和步骤5，使得到的成形层逐层叠加，直至得到具有步骤1所建立的三维模型形状的成形件。2.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金K447A的制备方法，其特征在于，所述重熔次数为3～5次/层。3.根据权利要求2所述的一种镍基高温合金K447A的制备方法，其特征在于，步骤5中所述对成形层的中间产品进行重熔的过程中，每进行一次重熔，激光旋转扫描角度为60～90
°
。4.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金K447A的制备方法，其特征在于，步骤4中所述将镍基高温合金粉末平铺于成形基板上的铺粉层厚为30～50μm。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜风春，李丽渝，董涛，果春焕，张贺新，吕忠利，张军，李明杰，高华兵，
申请(专利权)人：山东创瑞激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：