[发明专利]一种选区激光熔化成形镍基高温合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种选区激光熔化成形镍基高温合金及其制备方法，属于金属粉末增材制造技术领域。本发明采用CrFeNb合金粉末作为晶粒细化剂，元素成分在镍基高温合金粉末的成分范围内，保证制备的镍基高温合金的成分与原始合金同质；CrFeNb合金粉末能够细化镍基高温合金中的晶粒，使合金内部各向异性的柱状晶粒结构转变为等轴晶组织，从而提高合金的力学性能。实施例的结果显示，本发明制备的镍基高温合金的室温屈服强度≥710MPa，抗拉强度≥1010MPa，延伸率≥19％，硬度≥330HV；经过热处理后，镍基高温合金的屈服强度≥1400MPa，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥5.09％，硬度≥530HV。

技术领域

本发明涉及金属粉末增材制造技术领域，尤其涉及一种选区激光熔化成形镍基高温合金及其制备方法。

背景技术

镍基高温合金能够在600℃以上承受较高应力，并具有良好的抗氧化和抗腐蚀性能、优异的力学性能以及较好的冷、热加工性能，因此被广泛应用于航空、航天发动机和地面燃气轮机等热端部件，是现代国民经济和国防建设不可替代的关键结构材料。其中，IN718合金是世界上使用量最大的高温合金，占高温合金总量的35％以上，由于其具有优异的机械力学性能和铸造、焊接、机加工等冷、热加工性能且成本低廉，被广泛应用于航空发动机的机匣、紧固件及传动部件等中温服役的热端部件。

目前，采用3D打印技术制备镍基高温合金是一种常见的生产工艺，虽然可以通过调整成形参数获得致密度高、成形质量好、组织细化、少或无冶金缺陷的样品，但由于加工过程中产生的高温度梯度、高冷却速率，使得镍基高温合金内部极易产生强各向异性的柱状晶粒结构，而非全部的等轴晶组织，导致合金的力学性能也呈现出各向异性的特征，严重影响镍基高温合金的使用寿命。因此，需要提供一种能够细化晶粒、提高镍基高温合金力学性能的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选区激光熔化成形镍基高温合金及其制备方法，本发明提供的制备方法能够促进等轴晶的形成，提高镍基高温合金的力学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种选区激光熔化成形镍基高温合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍基高温合金粉末与晶粒细化剂依次进行球磨和干燥，得到混合粉末；所述镍基高温合金粉末为IN718合金粉末，所述晶粒细化剂为CrFeNb合金粉末；

(2)对所述步骤(1)得到的混合粉末进行选区激光熔化成形，得到镍基高温合金。

优选地，以质量百分比计，所述步骤(1)中镍基高温合金粉末包括下述组分：Fe：18～19％，Ni：52～53％，Cr：19～20％，Mo：3.0～3.5％，Al：0.2～0.3％，Ti：0.7～0.8％，Nb：5.4～5.6％，Co：0.2～0.3％，C：0.01～0.02％，Mn：0.04～0.05％，Si：0.1～0.2％，Cu：0.02～0.03％，S≤0.0015％和B≤0.005％。

优选地，所述步骤(1)中镍基高温合金粉末的粒径≤53μm，平均粒径为20～25μm，氧含量为300～310ppm，松装密度为4.30～4.40g/cm³，振实密度为5.00～5.10g/cm³。

优选地，以质量百分比计，所述步骤(1)中的CrFeNb合金粉末包括下述组分：Cr：24～28％，Fe：25～30％和Nb：45～50％。

优选地，所述步骤(1)中CrFeNb合金粉末的粒径≤25μm，理论密度为8.0～8.5g/cm³。

优选地，以质量百分比计，所述步骤(1)的混合粉末中晶粒细化剂的含量为2～4％。

优选地，所述步骤(1)中干燥的温度为60～80℃，干燥的时间为12～24h。