[发明专利]一种适用于增材制造的镍基合金丝材及制造工艺

说明书

一种适用于增材制造的镍基合金丝材及制造工艺，属于材料加工技术领域。其化学成分重量百分比为：C：0.02～0.05，Si：≤0.30，Mn：≤0.20，Cr：19.50～21.00，Mo：2.00～2.30，Ti：0.40～0.70，Nb：1.00～1.20，Al：0.40～0.65，Fe：≤2.00，Cu：≤0.10，P：≤0.010，S：≤0.008，余量为镍和通常金属冶炼存在的杂质。制造工艺：激光功率2.0kW～4.0kW，扫描速度0.3m/min～0.9m/min，送丝速度0.9m/min～1.8m/min，光丝间距0.5mm～2.0mm，热丝电流50A～65A，激光束为圆形光斑或矩形光斑，保护气体为氩气。增材制造成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度≥680MPa，断后伸长率≥35％。

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，尤其涉及一种适用于增材制造的镍基合金丝材及制造工艺。

背景技术

金属增材制造技术是以高能量激光束、电子束或电弧为热源，以金属粉末或丝材为添加材料，直接由CAD数字模型快速转化为实体零件，是增材制造技术的重要组成部分，在解决工业生产中难加工材料、复杂结构、快速制造等问题方面有极大的优势。金属增材制造技术已不仅是对铸、锻、焊等传统技术的补充，其加工过程的高精度和加工材料广泛性的制造特点使之优于传统技术。

镍基高温合金具有非常优异的力学性能、高温机械性能以及抗腐蚀性能等，广泛应用于航空航天、能源、海洋、环保、石油化工等领域。由于镍基合金含有大量Nb、Mo、Ti等元素，合金饱和度很高，常规铸造偏析严重。此外，镍基合金机械加工难度大，对刀具要求较高。激光增材制造技术具有微区快速熔凝的特点，能有效避免合金元素偏析，其“近净成形”的制造特点，又可使镍基合金构件加工余量较少，因此激光增材制造成为了镍基合金构件一种理想的制造方法。国内外学者针对镍基合金激光增材制造工艺特性，不同工艺对组织、性能的影响，热处理组织、性能调控等方面已经开展了较深入的研究，为镍基合金增材制造的实际应用提供了试验基础。目前，镍基合金激光增材制造主要以基于粉末的激光选区熔化(SLM)、激光熔化沉积(LMD)等技术为主，成形构件具有结构复杂、成形精度高等优点，但仍存在粉末利用率低、成形效率不高等问题。与SLM技术、LMD技术比较，激光熔丝沉积增材制造是基于丝材的增材制造技术，材料利用率高、成形效率较高。由于丝材制备难度高于粉末材料，丝材缺乏是镍基合金激光熔丝沉积增材制造的主要问题之一。因此，镍基合金丝材的研制及其增材制造工艺的开发具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于增材制造的镍基合金丝材及制造工艺，解决现有缺乏镍基合金丝材的问题。

本发明提供一种适用于增材制造的镍基合金丝材，其化学成分重量百分比为：C：0.02～0.05，Si：≤0.30，Mn：≤0.20，Cr：19.50～21.00，Mo：2.00～2.30，Ti：0.40～0.70，Nb：1.00～1.20，Al：0.40～0.65，Fe：≤2.00，Cu：≤0.10，P：≤0.010，S：≤0.008，余量为镍和通常金属冶炼存在的杂质。

本发明所述的适用于增材制造的镍基合金丝材在激光熔丝沉积增材制造设备上制造，制造工艺及控制的技术参数如下：

激光功率2.0kW～4.0kW，扫描速度0.3m/min～0.9m/min，送丝速度0.9m/min～1.8m/min，光丝间距0.5mm～2.0mm，热丝电流50A～65A，激光束为圆形光斑或矩形光斑，保护气体为氩气，

其中，当激光束为圆形光斑时，圆形光斑的直径为2.0mm～4.0mm；当激光束为矩形光斑时，矩形光斑的长度为4.0mm～8.0mm，宽度为1.0mm～3.0mm。

本发明所述的丝材及其增材制造工艺，适用于激光熔丝沉积增材制造，成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度≥680MPa，断后伸长率≥35％。

与现有制造工艺相比，本发明的有益效果在于：