[发明专利]增材制造用粉末组成

说明书

738LC组成属于镍基超级合金系。该合金已成功应用于涡轮发动机的热段。叶片、叶轮和隔热罩均由该合金制成，其可承受700至850摄氏度的工作温度。增材制造工艺如选择性激光熔化或PBF‑L因开裂问题而无法成功使用该合金粉末。因γ’相含量高，738LC也已知属于不可焊接合金类型。新组成的本发明在标准738LC之外，具有γ’相的不同浓度、形态和尺寸分布。本发明已显示出消除了在增材制造基于激光的工艺中的开裂问题。所观察的室温拉伸性能远好于铸造的738LC性能。

本发明针对的是738LC合金粉末的可打印性。该合金粉末因其不可打印和在基于激光的粉末床工艺中生成裂纹而闻名。当前，增材制造(AM)用户正在使用热等静压(HIP)工艺来减轻一定程度的开裂。但是，由于该工艺过程的性质，HIP不能消退在工艺过程中引起的所有裂纹和缺陷。

本发明的目的是公开一种更适于特定AM工艺的组成。本发明能够为AM团体提供更可靠的解决方案。这种新型合金粉末的一个重要应用将是陆基涡轮机行业，因为该粉末可被用于开发高温部件用新型设计。

上述目的通过非标准镍基合金组成达成，其可以开裂最小乃至没有开裂地被打印。在本说明书中，标准738LC合金应具有如图1所示的组成。按照标准738LC，γ’相已被定量和定性地改性。与具有双峰和角形态的现有技术标准组成相比，在其中一种新型合金中的γ’相更精细且具有单峰。在另一种新型合金中，γ’相保留其双峰分布但形态具有相对光滑的边沿。由此获得的室温拉伸性能高于标准738LC组成。如上所述，标准738LC组成在基于激光的粉末床熔融工艺中易开裂。几种机制可能在这种合金中造成微裂纹，这可能是由于γ’相析出，其产生了内部残余应力，或凝固开裂，因为低熔点相的形成，起因是某种晶界的偏析或形成，其已知会产生高的内应力，，其与元素偏析结合会导致热开裂。为了减轻这种应力并使合金可打印，采取了降低γ’含量和改善晶界特性的做法。但是，由于已知γ’相也是产生高温强度和稳定性的原因，故必须通过其它强化技术来补偿该相的减少。通过增加具有耐高温性能和原子尺寸的固溶体增强剂可满足该要求。

现在将借助例子来详述本发明。

图1是示出标准738LC粉末组成的表，

图2是示出本发明第一实施例的组成的表，

图3是示出本发明第二实施例的组成的表，

图4示出与标准铸造和热处理738LC合金相比的室温性能，

图5示出相比于c)铸造和热处理的在a)738-Mod1和b)738-Mod2中的改性的γ’相，

图6示出标准和非标准738LC合金粉末组成的材料性能，

图7示出部件在水平和垂直方向上的微观结构。

如可从根据第一实施例的图2中看到地，尽量经济可行地保持低的硼含量，但在任何情况下都低于0.007重量％，优选低于0.005重量％，更优选0.001重量％(与在标准粉末中的0.007重量％至0.012重量％相比)。除此之外，引入铁至在3.5重量％至10重量％之间的量，优选在3.5重量％至4重量％之间(与标准粉末中的无铁或至多0.05重量％相比)。氮含量可高达0.08重量％，优选为0.06重量％。

如可从根据本发明第二实施例的图3中看到地，铝和钛的含量被减少到小于3重量％，优选2重量％。钼含量被增加到大于8.5重量％，优选在8重量％至9重量％之间。

图4示出在室温下增材制造的标准和非标准738LC合金粉末组成的在X、Y和Z方向上的材料性能。

ID代表合金粉末。取向是指在空间方向上的取向。