一种650℃用镍基高温合金及其增材制造方法技术

本发明专利技术公开了一种650℃用镍基高温合金及其增材制造方法，本发明专利技术镍基高温合金按质量百分比计，包括，10.0

【技术实现步骤摘要】
一种650
℃
用镍基高温合金及其增材制造方法


[0001]本专利技术涉及激光增材制造镍基高温合金的方法，尤其是涉及一种650℃用镍基高温合金及其增材制备方法。

技术介绍

[0002]镍基高温合金是高温合金中用途最广泛、高温强度最强的一种。镍基高温合金是以镍元素为基体（含量一般大于50％）、在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。不同的镍基高温合金包含Cr、Co、W、Mo、Re、Al、Ti、C、B、Zr和Y等十余种合金元素，这些不同的元素为合金的强化发挥了固溶强化、第二相强化和晶界强化等作用。随着科学技术进步和航空航天事业的飞速发展，镍基高温合金因其在高温下强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力，成为航空航天领域广泛应用的叶片材料之一。
[0003]而当作为涡轮发动机的叶片材料使用时，叶片在不同的工作部分承受着不同的极端环境，在涡轮叶片的根部，工作温度区间在650~850℃之间。因此提供在650~850℃下具有更加优异性能的镍基高温合金显得尤为重要。
[0004]这要求不断发展和改善镍基高温合金的成分和加工工艺。而增材制造是一种“自下而上”材料累加的制造工艺，具体成型过程为：先通过计算机建模软件建模,利用“离散+堆积+叠层”的原理，在零件CAD三维实体模型切片数据的基础上，通过计算机编程控制高功率激光熔化同步输送的金属粉末，并且在基材表面熔化部分材料，两者混合形成熔池，激光束扫过后熔池发生快速凝固，从而沉积在已凝固基材上，逐层堆积，最终得到三维样件。由于高能激光束将粉末熔覆到已凝固基材，具有超高温度梯度，可以实现非平衡快速凝固，形成冶金结合，使得样件组织细小，致密度高，表面质量好，可介于铸件和锻件之间，具有优异的力学性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，通过创新镍基高温合金成分，具体是通过Cr，Nb，Ti，Al，Fe，W，Mo，Ta的含量决定高温合金的微观组织，并辅之以增材制造以及独特的热处理工艺，从而获得在650℃服役条件下性能优异的镍基合金，满足特定的服役要求。
[0006]第一，本专利技术提供一种650℃用镍基高温合金，其特征在于：按质量百分比计，包括，10.0
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12.0%Cr；8.0
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9.0%Nb；4.0
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5.0%Ti；2.0
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3.0%Al；3.0
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4.0%Fe；4.0
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5.0%W；2.0
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3.0%Mo；1.0
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2.0%Ta；余量的Ni。
[0007]进一步优选的，按质量百分比计，Nb为8.0
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8.5%，Ti为4.5
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4.8%，Al为2.2
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2.5%，Fe在3.0
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3.5%。
[0008]进一步优选的，按质量百分比计，Mo/W为0.45
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0.6。
[0009]进一步优选的，按质量百分比计，Al/Ti大于0.5。
[0010]进一步优选的，所述镍基高温合金的在650℃下，抗拉强度大于1200MPa、屈服强度大于1050MPa、断后伸长率大于14%、断面收缩率大于25%。
[0011]第二，本专利技术还提供了上述技术方案所述的650℃用高温镍基合金的增材制造方法，包括以下步骤：1）准备合金粉末，所述合金粉末的成分满足所述高温镍基合金的成分要求；2）在保护气氛下，采用激光选区熔化的增材制造方式沉积高温镍基合金；3）将增材制造得到的高温镍基合金进行双级时效处理。
[0012]进一步优选的，所述准备合金粉末，是按照所述高温镍基合金的成分要求配置各合金元素的混合粉末，然后将混合粉末放入真空熔炼炉中进行熔炼,浇铸成实心棒材；随后将棒材放入真空雾化制粉设备中，采用真空惰性气体气雾化技术制成合金粉末，将冷却后的粉末取出、筛分，获得粒径在25
‑
45微米的合金粉末。
[0013]进一步优选的，所述增材制造的光斑直径为90
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100μm的岛扫描，激光功率为200~240W，扫描速度为950
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970mm/s，扫描间距为125~135μm，层厚为25~35μm。
[0014]进一步优选的，所述双级时效处理的参数为，先将镍基高温合金加热至750℃后保温6
‑
10h，随后炉冷至600℃保温6
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10h后，空冷至室温。
[0015]进一步优选的，在所述双级时效处理之前，先将镍基高温合金加热至1060~1080℃保温1
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2h后空冷至室温，随后将镍基高温合金加热至960℃
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980℃保温1
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2h后空冷至室温。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：第一，本专利技术对于镍基高温合金的成分设计做了调整和改进，适当提高Al的含量，通过后续热处理可以析出更多Ni3Al，即γ
’
相，有助于提高合金的高温性能。不过过高的γ
’
会导致其热塑性下降，易在增材过程中发生开裂，专利技术人发现Al含量为2.0~3.0 wt%较好；而合金元素W不利于γ
’
相的稳定，故含量较低；Fe元素含量降低也有助于提高γ
’
的强度，专利技术人发现Fe含量为3.0~4.0 wt%较好。
[0017]第二，本专利技术采用箱式电阻炉进行固溶时效处理。固溶处理制度采用多级固溶，充分促进元素扩散，并使γ
’
和γ+γ
’
共晶完全溶解于γ基体中。第一步均匀化热处理，首先在1060
‑
1080℃保温1~2h，空冷，使得合金充分消除残余应力与偏析，并降低残余δ相含量。然后进行固溶热处理，在960
‑
980℃保温1~2h，空冷。最后进行双级时效处理，首先在750℃保温6~10h，炉冷至600℃再保温6~10h，空冷，完成热处理。
[0018]第三，本专利技术合理设计了增材制造的工艺，保证了镍基高温合金的组织均匀、性能优异。
附图说明
[0019]图1为本专利技术热处理工艺的示意图。
[0020]图2为本专利技术的镍基高温合金的显微组织照片。
具体实施方式
[0021]以下将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行描述。
[0022]本专利技术主要包括以下几个步骤：1.镍基高温合金的成分设计；2.粉末的制备；3.构件成形；4.热处理；5.性能分析。1.镍基高温合金的成分设计
[0023]镍基高温合金是高温合金中用途最广泛，高温强度最强的一种。以镍元素为基体、
在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的镍基高温合金在航空航天领域具有广泛的应用。镍基高温合金通常包含Cr、Co、W、Mo、Al、Ti等十余种合金元素，这些不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种650℃用镍基高温合金，其特征在于：按质量百分比计，包括，10.0
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12.0%Cr；8.0
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9.0%Nb；4.0
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5.0%Ti；2.0
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3.0%Al；3.0
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4.0%Fe；4.0
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5.0%W；2.0
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3.0%Mo；1.0
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2.0%Ta；余量的Ni。2.根据权利要求1所述的650℃用镍基高温合金，其特征在于：按质量百分比计，Nb为8.0
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8.5%，Ti为4.5
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4.8%，Al为2.2
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2.5%，Fe在3.0
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3.5%。3.根据权利要求1所述的650℃用镍基高温合金，其特征在于：按质量百分比计，Mo/W为0.45
‑
0.6。4.根据权利要求1所述的650℃用镍基高温合金，其特征在于：按质量百分比计，Al/Ti大于0.5。5.根据权利要求1
‑
4任意一项所述的650℃用镍基高温合金，其特征在于：所述镍基高温合金的在650℃下，抗拉强度大于1200MPa、屈服强度大于1050MPa、断后伸长率大于14%、断面收缩率大于25%。6.根据权利要求1
‑
5任意一项所述的650℃用高温镍基合金的增材制造方法，包括以下步骤：1）准备合金粉末，所述合金粉末的成分满足所述高...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：北京煜鼎增材制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：