CN115786774A - Slm用合金粉末、高机械性能镍基合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SLM用合金粉末，其成分按重量百分比计包括：Cr19.0‑19.5％，Fe17.0‑17.5％，Mo3.0‑3.2％，Ti0.9‑1％，Al0.52‑0.56％，Nb5.1‑5.2％，Mn0.2‑0.25％，Co0.04‑0.06％，Si0.3‑0.35％，余量为Ni。本发明还公开了一种高机械性能镍基合金的制备方法，包括如下步骤：取如上述增材生产用合金粉末，铺粉，然后进行激光选区熔化成型得到高机械性能镍基合金。本发明还公开了一种高机械性能镍基合金。本发明制得的镍基合金微裂纹、孔洞较少，具有良好的机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及选区激光熔化技术领域，尤其涉及一种SLM用合金粉末、高机械性能镍基合金及其制备方法。
背景技术
增材生产技术是利用材料逐步积累的技术，它是一种与材料去除、受迫成形相适应的技术。无传统刀具、夹具及多种工艺的增材生产工艺，可通过3D数据快速准确地制作出具有复杂结构的零件，从而克服传统工艺的限制，使产品的外形变得复杂，从而减少了加工过程，缩短了生产周期。
选区激光熔化(简称SLM)是快速成形制造技术的一个重要分支，它是利用激光热源直接成形金属件的技术之一。SLM成形是先建立制备构件的CAD三维模型，然后对其进行切片处理，把三维模型分割成一系列薄面截层，最后根据各薄面截层的信息、调整相关参数，有选择的控制激光热源使其熔化各层金属粉末材料成形构件。它在航天、生物医学、军事、船舶、建筑和艺术设计等方面得到了广泛的应用。
但是，由于SLM技术成形过程与传统工艺完全不同，现有利用SLM技术制得的零部件，极易产生微裂纹、孔洞等缺陷，降低零部件的机械性能，严重制约了增材制造的应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种SLM用高热导率合金粉末、高热导率模具钢及其SLM成型工艺；本发明制得的镍基合金微裂纹、孔洞较少，具有良好的机械性能。
本发明提出了一种SLM用合金粉末，其成分按重量百分比计包括：Cr19.0-19.5％，Fe 17.0-17.5％，Mo 3.0-3.2％，Ti 0.9-1％，Al 0.52-0.56％，Nb 5.1-5.2％，Mn 0.2-0.25％，Co 0.04-0.06％，Si 0.3-0.35％，余量为Ni。
优选地，其成分按重量百分比计包括：Cr 19.2％，Fe 17.32％，Mo 3.1％，Ti 1％，Al 0.54％，Nb 5.16％，Mn 0.23％，Co 0.05％，Si 0.33％，余量为Ni。
优选地，合金粉末的粒径为10-40μm。
发明人通过调节各元素的含量配比，可以使得镍基合金在进行激光选区熔化成型时，降低热膨胀和热应力，避免过多裂纹的产生；并且通过各元素以适宜比例相互配合，使得其具有高强度和韧性，使其适用于选区激光融化成型。
可以用气雾化技术制备合金粉末。
本发明还提出了一种高机械性能镍基合金的制备方法，包括如下步骤：取上述增材生产用合金粉末，铺粉，然后进行激光选区熔化成型得到高机械性能镍基合金。
优选地，激光功率为280-290W，扫描速度为940-980mm/s，扫描间隔为0.1-0.12mm。
优选地，激光功率为285W，扫描速度为960mm/s，扫描间隔为0.11mm。
优选地，铺粉厚度为35-45μm。
优选地，铺粉厚度为40μm。
优选地，在含氧量≤0.1％、氩气氛围中，进行激光选区熔化成型处理。
对于激光选区熔化成型来说，激光功率的高低、扫描速度的快慢、扫描间隔均会对成型件的微观组织、性能、致密度产生影响；且各因素间是相互联系共同作用；发明人针对上述合金粉末的配方，经多次实验筛选出适宜的工艺参数，并结合适宜的合金粉末粒径，可以减少镍基合金内部的孔洞，降低微裂纹，从而提高镍基合金的机械性能。
本发明还提出了一种高机械性能镍基合金，按照上述高机械性能镍基合金的制备方法制得。
有益效果：
发明人通过调节各元素的含量配比并结合适宜的激光选区熔化成型工艺，可以使得镍基合金在进行激光选区熔化成型时，降低热膨胀和热应力，避免过多裂纹的产生，并减少镍基合金内部的孔洞，降低微裂纹，从而提高镍基合金的机械性能，且相对致密度高达99.8％；本发明制得的镍基合金组织结构均匀、致密，固化后的晶粒组织分布均匀，其抗拉强度、屈服强度、延伸率都高于常规铸件。
附图说明
图1为SLM用合金粉末的扫描电镜照片。
图2为实施例6、对比例1-3制得的镍基合金的拉伸断口的微观形貌图，其中，a为对比例1、b为实施例6、c为对比例2、d为对比例3。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1-3
使用气雾化技术制备SLM用合金粉末，对其进行成分检测，结果如表1和图1所示。图1为SLM用合金粉末的扫描电镜照片。
表1实施例1-3的SLM用合金粉末的化学成分(重量百分比％)
实施例4
一种高机械性能镍基合金的制备方法，包括如下步骤：取实施例1的合金粉末，经DZ-2BC-II真空干燥箱烘干，然后取出铺成35μm厚，然后使用德国SLM125型设备进行SLM成型处理得到高机械性能镍基合金；其中，成型工作缸内含氧量为0.1％，在高纯度氩气保护下进行成型处理，激光功率为290W，扫描速度为940mm/s，扫描间隔为0.12mm。
实施例5
一种高机械性能镍基合金的制备方法，包括如下步骤：取实施例2的合金粉末，经DZ-2BC-II真空干燥箱烘干，然后取出铺成45μm厚，然后使用德国SLM125型设备进行SLM成型处理得到高机械性能镍基合金；其中，成型工作缸内含氧量为0.1％，在高纯度氩气保护下进行成型处理，激光功率为280W，扫描速度为980mm/s，扫描间隔为0.1mm。
实施例6
一种高机械性能镍基合金的制备方法，包括如下步骤：取实施例3的合金粉末，经DZ-2BC-II真空干燥箱烘干，然后取出铺成40μm厚，然后使用德国SLM125型设备进行SLM成型处理得到高机械性能镍基合金；其中，成型工作缸内含氧量为0.1％，在高纯度氩气保护下进行成型处理，激光功率为285W，扫描速度为960mm/s，扫描间隔为0.11mm。
对实施例4-6制得的镍基合金进行性能检测，结果如表2所示。
表2检测结果
由表2可以看出，本发明制得的镍基合金的致密度好，机械性能好。
对比例1
激光功率为260W，其他同实施例6。
对比例2
激光功率为310W，其他同实施例6。
对比例3
激光功率为335W，其他同实施例6。
对实施例6和对比例1-3制得的镍基合金的拉伸断裂形状进行分析。结果如图2所示；图2为实施例6、对比例1-3制得的镍基合金的拉伸断口的微观形貌图，其中，a为对比例1、b为实施例6、c为对比例2、d为对比例3。
由图2可以看出，实施例6制得的镍基合金中的孔洞较少且较小；而对比例1-3中的孔洞较大、较多，且可见一些解理阶梯和准解理。且经检测对比例1-3的洛氏硬度依次为24.2、25.5、21.5HRC，远小于实施例6的洛氏硬度。
对比例4
按照实施例3的配方，采用铸造方法制备镍基合金。
对实施例6、对比例4进行性能检测，结果如表3所示。
表3检测结果
由表3可以看出，本发明制得的镍基合金的屈服强度和抗拉强度均高于常规铸造方法，其伸长率比普通铸造制得的镍基合金高4倍。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种SLM用合金粉末，其特征在于，其成分按重量百分比计包括：Cr19.0-19.5％，Fe17.0-17.5％，Mo 3.0-3.2％，Ti 0.9-1％，Al 0.52-0.56％，Nb 5.1-5.2％，Mn 0.2-0.25％，Co 0.04-0.06％，Si 0.3-0.35％，余量为Ni。
2.根据权利要求1所述SLM用合金粉末，其特征在于，其成分按重量百分比计包括：Cr19.2％，Fe 17.32％，Mo 3.1％，Ti 1％，Al 0.54％，Nb 5.16％，Mn 0.23％，Co 0.05％，Si0.33％，余量为Ni。
3.根据权利要求1或2所述SLM用合金粉末，其特征在于，合金粉末的粒径为10-40μm。
4.一种高机械性能镍基合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：取如权利要求1-3任一项所述增材生产用合金粉末，铺粉，然后进行激光选区熔化成型得到高机械性能镍基合金。
5.根据权利要求4所述高机械性能镍基合金的制备方法，其特征在于，激光功率为280-290W，扫描速度为940-980mm/s，扫描间隔为0.1-0.12mm。
6.根据权利要求4或5所述高机械性能镍基合金的制备方法，其特征在于，铺粉厚度为35-45μm。
7.根据权利要求4-6任一项所述高机械性能镍基合金的制备方法，其特征在于，在含氧量≤0.1％、氩气氛围中，进行激光选区熔化成型处理。
8.一种高机械性能镍基合金，其特征在于，按照权利要4-7任一项所述高机械性能镍基合金的制备方法制得。
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