[发明专利]一种K417G高温合金粉末及其制备方法和使用方法

说明书

本发明公开了一种K417G镍基高温合金粉末及其制备方法和使用方法。该合金粉末按照质量百分含量由以下成分组成：C：0.14～0.15％、Cr：9.78～9.88％、Co：11.20～11.40、Mo：3.09～3.22％、Al：6.24～6.37％、Ti：4.68～4.79％、V：0.71～0.83％、Ni为余量；本发明方法制备得到的合金粉末成分均匀、无脆性有害σ相生成、含氧量低、球形度高、空心球率低、流动性好。经激光3D打印快速成型获得具有良好强韧性匹配的K417G镍基高温合金试样，试样抗拉强度1014～1026Mpa，屈服强度843～873Mpa，延伸率13.6～14.2％。

技术领域

本发明属于激光3D打印用高性能金属粉末制备技术领域，具体涉及一种K417G高温合金粉末及其制备方法和其在激光3D打印中的使用方法。

背景技术

激光3D打印是一种集材料制备与成形于一体的新型先进制造技术，它具有周期短、柔性高、无需专用工装、近净成型、材料种类与零件复杂程度几乎不受限制等优点。由于采用分层叠加技术，相较于传统“减材制造”方法节约了90％原材料，能有效降低生产成本，目前正成为修复或者制造贵重、复杂关键金属零部件的重要技术。

K417G高温合金具有高温强度高、抗氧化和热疲劳能力强、耐腐蚀等优良性能，是制造航空发动机叶片的主要材料之一。但是由于叶片的结构和形状非常复杂，制造精度要求高，合金中较多的Co、Ti等元素有加大脆性σ相析出的倾向，以上特点造成大约50％的叶片在传统铸造过程中会出现缩孔、缩松、裂纹等缺陷，导致铸造成品率非常低。在实际服役过程中，叶片损伤严重也导致大量的叶片失效报废。激光3D打印技术目前在装备、工艺等方面得到了较快发展，快速修复或者直接成型的In718、In625等镍基高温合金具有晶粒组织细小，综合力学性能优于铸件等优异性能。因此，研究激光3D打印技术快速修复和成型K417G高温合金势在必行。激光3D打印用K417G高温合金粉末的性能和打印技术是决定产品质量的关键因素。

目前国内在高性能激光3D打印用镍基高温合金粉末方面开展的研究较少，大多数粉末需依赖国外进口。我国迫切需要化学成分均匀、低含氧量、高球形度、低空心球率、粒径分布均匀、流动性好，无脆性σ相析出的K417G高温合金粉末。然而，气雾化制粉过程极其复杂，高性能合金粉末的制备是高温合金材料物化性能、流场动力学参数、熔炼参数、雾化参数等多种因素耦合作用综合优化设计的结果。本发明首先从真空感应熔炼气雾化制备K417G高温合金粉末的含氧量、粒径分布、球形度、空心球率、物相组成、化学成分均匀性、流动性、松装密度等方面入手，然后研究激光3D打印高温合金的组织结构和力学性能，使其满足国家标准要求，对于促进激光3D打印技术在我国发动机叶片、高铁制动盘等高端耐热零部件制造领域的广泛应用和快速发展具有重要的科学意义。

发明内容

针对现有的真空坩埚感应熔炼气雾化制备镍基高温合金粉末及其相应的打印技术存在的问题，结合激光3D打印K417G高温合金粉末需要高球形度、低空心球率、低含氧量、化学成分均匀、无有害σ相析出、良好的松装密度和流动性等性能要求，以及激光3D快速成型后试样的组织结构、力学性能的研究，本发明提供一种K417G镍基高温合金粉末及制备方法和其在激光3D打印中的使用方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种激光3D打印用K417G镍基高温合金粉末，所述合金粉末按照质量百分含量由以下成分组成：C：0.14～0.15％、Cr：9.78～9.88％、Co：11.20～11.40、Mo：3.09～3.22％、Al：6.24～6.37％、Ti：4.68～4.79％、V：0.71～0.83％、Ni为余量；所述合金粉末为球形、含氧量为0.013％～0.015％、粒径分布为53～180μm、球形度大于98％、空心球率不超过3％、松装密度为4.76～4.78g/cm³、粉末流动性为16.1～16.6s/50g，所述合金粉末中无脆性σ相析出。