一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法、材料及应用技术

本发明专利技术公开了一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法、材料及应用，涉及金属增材制造技术领域，包括如下步骤：选取GH3230合金粉末、TiB2粉末和AlSi

【技术实现步骤摘要】
一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法、材料及应用


[0001]本专利技术涉及金属增材制造
，尤其是一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法、材料及应用。

技术介绍

[0002]GH3230(镍基高温合金)是一种以Cr、W、Mo为主要强化元素的固溶强化型高温合金，使用温度范围700℃～1050℃，兼具良好的强度、热稳定性和抗氧化性。该合金主要用于制作先进航空发动机的火焰筒和燃烧室等热端部件以及化工行业中一些高温耐腐蚀部件等。但是，该类部件的结构一般都比较复杂，采用铸造、锻造和铣削等传统加工方式进行加工时存在研发周期长、加工成本高等问题。激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)作为一种典型的铺粉式金属增材制造技术，能够通过逐层铺粉并通过激光选择性熔化沉积的方式直接成形金属构件，与传统工艺相比，具有响应快、柔性成形及成形结构不受限等优势，特别适合进行航空发动机复杂结构件的加工。
[0003]随着装备技术的发展，对GH3230的力学性能提出了更高的要求。向合金中添加增强颗粒作为增强相是提升合金力学性能的有效手段，提高合金中增强相的含量主要分为“非原位添加”和“原位生成”两种方式。
[0004]在SLM工艺中通过“非原位添加”的方式，将增强相颗粒与合金粉末进行机械混合然后SLM成形较为普遍。然而，由于增强颗粒是通过机械混合的方式添加，过量添加容易造成增强颗粒在合金粉末中团聚，进而影响SLM成形质量。这就限制“非原位添加”增强相的添加比例和强化效果。
[0005]增强相的“原位生成”主要是通过对成形后的样件进行热处理来析出增强相，同时热处理还能够缓解SLM成形样件内部的残余应力和各向异性。因此，热处理是SLM成形样件服役前必不可少的工序。在镍基高温合金中，主要成分为Ni3Al的“γ
′
相”是一种重要的增强相，能够起到良好的强化效果。然而研究表明，SLM成形的GH3230在热处理后只能析出少量含有固溶强化元素的碳化物颗粒，此类颗粒强化效果较弱，而强化效果更好的γ
′
相在GH3230中几乎没有。其次，热处理后由于样件中的位错密度降低、晶粒尺寸增大，会导致材料的力学性能降低。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法、材料及应用，能够实现SLM工艺制造GH3230中的增强相原位与非原位协同强化，从而提高合金的力学性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0008]第一方面，一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法，包括如下步骤：
[0009]选取GH3230合金粉末、TiB2粉末和AlSi
10
Mg粉末按设定比例配置复合粉体；
[0010]对复合粉体进行多次双离心高速混合搅拌，直到混合均匀没有明显团聚，形成
GH3230
‑
TiB2‑
AlSi
10
Mg复合粉体；
[0011]利用金属增材制造设备对搅拌后的复合粉体进行SLM成形；
[0012]对SLM成形后的样件先进行固溶热处理，后进行时效热处理，以实现AlSi
10
Mg粉末中的Al元素与GH3230合金粉末中的Ni元素析出形成γ
′
增强相。
[0013]作为进一步的实现方式，所述TiB2粉末的质量分数为GH3230合金粉末质量的0.5
‑
2％，所述AlSi
10
Mg粉末为GH3230合金粉末质量的1
‑
3％。
[0014]作为进一步的实现方式，所述SLM成形工艺条件为激光功率180
‑
200W，扫描速度750
‑
800mm/s,铺粉层厚30
‑
50μm，扫描间距100
‑
120μm。
[0015]作为进一步的实现方式，所述GH3230合金粉末和AlSi
10
Mg粉末的粒径分布在15～53μm,平均粒径在30
‑
40μm；所述TiB2粉体的平均粒径小于1μm。
[0016]作为进一步的实现方式，搅拌的混合转速为900
‑
1100rpm，每次时间为1
‑
2分钟，每次混合结束后冷却至室温，再进行下一次混合，直到混合均匀没有明显团聚。
[0017]作为进一步的实现方式，其特征在于，热处理采用管式热处理炉，先在1100
‑
1200℃下对样件进行2h的固溶热处理，然后在600
‑
650℃下对样件进行8h的时效热处理。
[0018]第二方面，一种GH3230镍基高温合金材料，其特征在于，采用如上任一一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法制成，包括GH3230
‑
TiB2‑
AlSi
10
Mg复合粉体，由GH3230合金粉末、TiB2粉末和AlSi
10
Mg粉末组成；
[0019]其中，所述TiB2粉末的质量分数为GH3230合金粉末质量的0.5
‑
2％，所述AlSi
10
Mg粉末为GH3230合金粉末质量的1
‑
3％。
[0020]作为进一步的实现方式，GH3230合金粉末元素组成为：C 0.05
‑
0.15％，Cr20
‑
24％，Co<5％,W 13
‑
15％,Mo 1
‑
3％，Al 0.2
‑
0.5％,Ti<0.1％,Fe<3％,La0.005
‑
0.05％,B<0.015％,Si 0.25
‑
0.75％,Mn 0.3
‑
1％,S<0.015％,P<0.03％,Cu<0.5％,余量为Ni元素及不可避免的杂质。
[0021]作为进一步的实现方式，所述AlSi
10
Mg粉末元素组成如下：Zn<0.1％,Mg0.2
‑
0.45％,Cu<0.05％,Ni<0.05％,Si 9
‑
11％,Fe<0.55％,Mn<0.45％,余量为Al元素及不可避免的杂质。
[0022]第三方面，一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法的应用，应用于航空航天、石油化工、核能源工业领域。
[0023]上述本专利技术的有益效果如下：
[0024]1.本专利技术选取GH3230合金粉末、TiB2粉末和AlSi
10
Mg粉末按设定比例配置复合粉体，搅拌后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法，其特征在于，包括如下步骤：选取GH3230合金粉末、TiB2粉末和AlSi
10
Mg粉末按设定比例配置复合粉体；对复合粉体进行多次双离心高速混合搅拌，直到混合均匀没有明显团聚，形成GH3230
‑
TiB2‑
AlSi
10
Mg复合粉体；利用金属增材制造设备对搅拌后的复合粉体进行SLM成形；对SLM成形后的样件先进行固溶热处理，后进行时效热处理，以实现AlSi
10
Mg粉末中的Al元素与GH3230合金粉末中的Ni元素析出形成γ
′
增强相。2.根据权利要求1所述的一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法，其特征在于，所述TiB2粉末的质量分数为GH3230合金粉末质量的0.5
‑
2％，所述AlSi
10
Mg粉末为GH3230合金粉末质量的1
‑
3％。3.根据权利要求1所述的一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法，其特征在于，所述SLM成形工艺条件为激光功率180
‑
200W，扫描速度750
‑
800mm/s,铺粉层厚30
‑
50μm，扫描间距100
‑
120μm。4.根据权利要求1所述的一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法，其特征在于，所述GH3230合金粉末和AlSi
10
Mg粉末的粒径分布在15～53μm,平均粒径在30
‑
40μm；所述TiB2粉体的平均粒径小于1μm。5.根据权利要求1所述的一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法，其特征在于，搅拌的混合转速为900
‑
1100rpm，每次时间为1
‑
2分钟，每次混合结束后冷却至室温，再进行下一次混合，直到混合均匀没有明显团聚。6.根据权利要求1所述的一种GH3230的增强相原位生成与非原添加方法，其特征在于，热处理采用管式热处理炉，先在1100
‑
1200℃下对样件进行2h的固溶热处理，然后在600...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩泉泉，张振华，王丽乔，刘忠轶，宋波，张晗，刘含莲，黄传真，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：