CN112024870A - 一种3d打印用smtgh3230球形粉末及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印用SMTGH3230球形粉末，按照质量百分比由以下成分组成：C：0.05％‑0.15％，Mn：0.3％‑1.0％，Si：0.25％‑0.75％，P：0‑0.03％，S：0‑0.015％，Cr：20％‑24％，Mo：1.0％‑3％，W：13％‑15％，Co：0‑5％，Ti：0‑0.1％，Al：0.2％‑0.5％，Fe：0‑3.0％，La：0.005‑0.05％，B：0‑0.015％，Cu：0‑0.5％，O：0‑0.02％，N：0‑0.025％，余量为Ni和不可避免的杂质。本发明还公开了一种3D打印用SMTGH3230球形粉末的制备方法，一种3D打印用SMTGH3230球形粉末的应用。
Description
技术领域
本发明属于高温合金制备技术领域，具体涉及一种3D打印用SMTGH3230球形粉末，还涉及一种3D打印用SMTGH3230球形粉末的制备方法，还涉及一种3D打印用SMTGH3230球形粉末的应用。
背景技术
沉淀时效性高温合金GH3230因其具备优异的高温抗氧化性、高温持久性能、高温抗蠕变性等综合高温力学性能，已经被广泛应用于1150℃条件下的燃气轮机、航天发动机、航空发动机等热端部件，主要成形工艺集中于传统的精铸、热锻、机加、熔炼等。
激光铺粉金属3D打印技术作为目前应用最为广泛地增材制造技术之一，尤其在航空航天领域、基础工业装备领域、医疗领域等已经实现规模化工程应用。但是激光铺粉金属3D打印技术容易产生局部热应力而导致零件开裂，尽管GH3230相比于常用的GH4169、GH3625等常用高温合金不仅具有更高的服役使用温度，同时也具备更优异的焊接性能。但目前还没有适用于激光铺粉金属3D打印技术的专用粉末。
因此，开发一种降低开裂倾向并适用于激光铺粉金属3D打印技术的原材料和应用参数具有重要意义。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种3D打印用SMTGH3230球形粉末，解决零件容易开裂的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种3D打印用SMTGH3230球形粉末，按照质量百分比由以下成分组成：
C：0.05％-0.15％，Mn：0.3％-1.0％，Si：0.25％-0.75％，P：0-0.03％，S：0-0.015％，Cr：20％-24％，Mo：1.0％-3％，W：13％-15％，Co：0-5％，Ti：0-0.1％，Al：0.2％-0.5％，Fe：0-3.0％，La：0.005-0.05％，B：0-0.015％，Cu：0-0.5％，O：0-0.02％，N：0-0.025％，余量为Ni和不可避免的杂质。
本发明的技术方案，还具有以下特点：
所述GH3230球形粉末中激光粒度粒径小于19.2μm-30.8μm占10％，激光粒度粒径小于33.8μm-46.8μm占50％，激光粒度粒径小于48.8μm-63.9μm占90％。
所述GH3230球形粉末的松装密度为5.19-5.25g/cm3，振实密度为5.47-5.53g/cm3。
所述GH3230球形粉末的投影圆面积≥93％。
所述GH3230球形粉末的空心粉比例≤0.1％。
所述GH3230球形粉末的流动性≤15s/50g。
应用在激光铺粉3D打印热端部件。
本发明的第二个目的是提供一种3D打印用SMTGH3230球形粉末的制备方法，解决零件容易开裂的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种3D打印用SMTGH3230球形粉末的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，各成分按照对应质量比称取，并通过母合金熔炼制备电极棒；
步骤2，以步骤1得到的电极棒为原料，采用超高转速等离子旋转电极进行离心雾化制粉，收得粉末后进行超声波振动筛分，获得目标GH3230球形粉末。
本发明的技术方案，还具有以下特点：
在所述步骤2中，雾化室先抽真空至10-1Pa-10-2Pa，再充高纯氩气进行雾化制粉。
在所述步骤2中，旋转电极的转速为28000r/min-33000r/min。
与现有技术相比，本发明的一种3D打印用SMTGH3230球形粉末的制备方法，制备得到的GH3230球形粉末具有以下优点：(1)具备高流动性、高松装密度、低氧含量，以及远低于其他雾化工艺的球形粉末的空心粉比例，具备可靠的激光铺粉3D打印应用前景；(2)在激光铺粉3D打印成形过程中，成形件组织无显微裂纹、密度不低于99.30％，成形件具有良好的加工性能和力学性能，通过热处理可获得优异的综合力学性能；(3)从力学雾化制粉过程到激光铺粉3D打印过程，均处于高纯氩气保护过程，有效避免了氧气与高温金属的反应，有效降低3D打印间的内部间隙氧含量。
附图说明
图1是本发明所涉及的GH3230球形粉末的SEM图和激光粒度分布分布；
图2是本发明所涉及的GH3230球形粉末的激光粒度分布分布。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施例对本发明的技术方案作进一步地详细说明。
本发明的一种3D打印用SMTGH3230球形粉末，按照质量百分比由以下成分组成：
C：0.05％-0.15％，Mn：0.3％-1.0％，Si：0.25％-0.75％，P：0-0.03％，S：0-0.015％，Cr：20％-24％，Mo：1.0％-3％，W：13％-15％，Co：0-5％，Ti：0-0.1％，Al：0.2％-0.5％，Fe：0-3.0％，La：0.005-0.05％，B：0-0.015％，Cu：0-0.5％，O：0-0.02％，N：0-0.025％，余量为Ni和不可避免的杂质。
如图1所示，本发明所涉及的GH3230球形粉末中：激光粒度粒径小于19.2μm-30.8μm占10％，激光粒度粒径小于33.8μm-46.8μm占50％，激光粒度粒径小于48.8μm-63.9μm占90％；GH3230球形粉末的松装密度为5.19-5.25g/cm3，振实密度为5.47-5.53g/cm3；GH3230球形粉末的投影圆面积≥93％；GH3230球形粉末的空心粉比例≤0.1％；GH3230球形粉末的流动性≤15s/50g。
一种3D打印用SMTGH3230球形粉末的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，各成分按照对应质量比称取，并通过母合金熔炼制备电极棒；
步骤2，以步骤1得到的电极棒为原料，采用超高转速等离子旋转电极进行离心雾化制粉，收得粉末后进行超声波振动筛分，获得3D打印用SMTGH3230球形粉末；在步骤2中，雾化室先抽真空至10-1Pa-10-2Pa，再充高纯氩气进行雾化制粉，旋转电极的转速为28000r/min-33000r/min。
一种3D打印用SMTGH3230球形粉末，应用在激光铺粉3D打印热端部件。应用过程的参数条件为：设置切片厚度为0.02-0.08mm，扫描路径为90°蜿蜒折叠式，扫描间距0.07-0.11mm，扫描速度400-1500mm/s，激光功率150-300。铺粉层厚近似于加工层厚，加工层厚等于切片厚度，经测试其抗拉强度大于953MPa，断后延伸率至少为21％，致密度大于99.35％。
在3D打印用SMTGH3230球形粉末中，SMT是西安欧中材料科技有限公司的缩写。
实施例1
一种3D打印用SMTGH3230球形粉末的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，各成分按照对应质量比称取，并通过母合金熔炼制备电极棒；各成分具体为C：0.05％，Mn：0.3％，Si：0.25％，P：0.01％，S：0.001％，Cr：20％，Mo：1％，W：13％，Co：1％，Ti：0.01％，Al：0.2％，Fe：0.1％，La：0.005％，B：0.001％，Cu：0.01％，O：0.001％，N：0.001％，余量为Ni和不可避免的杂质；
步骤2，以步骤1得到的电极棒为原料，采用超高转速等离子旋转电极进行离心雾化制粉，雾化室先抽真空至10-1Pa，再充高纯氩气进行雾化制粉，旋转电极的转速为28000r/min，收得粉末后进行超声波振动筛分，获得3D打印用SMTGH3230球形粉末；3D打印用SMTGH3230球形粉末中：激光粒度粒径小于19.2μm占10％，激光粒度粒径小于33.8μm占50％，激光粒度粒径小于48.8μm占90％；GH3230球形粉末的松装密度为5.19g/cm3，振实密度为5.47g/cm3；GH3230球形粉末的投影圆面积≥93％；GH3230球形粉末的空心粉比例≤0.1％；GH3230球形粉末的流动性≤15s/50g。
上述3D打印用SMTGH3230球形粉末，应用在激光铺粉3D打印热端部件。应用过程的参数条件为：设置切片厚度为0.02mm，扫描路径为90°蜿蜒折叠式，扫描间距0.07mm，扫描速度400mm/s，激光功率150，铺粉层厚近似于加工层厚，加工层厚等于切片厚度。
实施例2
一种3D打印用SMTGH3230球形粉末的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，各成分按照对应质量比称取，并通过母合金熔炼制备电极棒；各成分具体为C：0.01％，Mn：0.65％，Si：0.5％，P：0.02％，S：0.007％，Cr：22％，Mo：2％，W：14％，Co：2.5％，Ti：0.05％，Al：0.35％，Fe：1.5％，La：0.025％，B：0.008％，Cu：0.25％，O：0.01％，N：0-0.013％，余量为Ni和不可避免的杂质；
步骤2，以步骤1得到的电极棒为原料，采用超高转速等离子旋转电极进行离心雾化制粉，雾化室先抽真空至10-2Pa，再充高纯氩气进行雾化制粉，旋转电极的转速为30000r/min，收得粉末后进行超声波振动筛分，获得3D打印用SMTGH3230球形粉末；3D打印用SMTGH3230球形粉末中：激光粒度粒径小于25μm占10％，激光粒度粒径小于40.8μm占50％，激光粒度粒径小于56.9μm占90％；GH3230球形粉末的松装密度为5.22g/cm3，振实密度为5.5g/cm3；GH3230球形粉末的投影圆面积≥93％；GH3230球形粉末的空心粉比例≤0.1％；GH3230球形粉末的流动性≤15s/50g。
上述3D打印用SMTGH3230球形粉末，应用在激光铺粉3D打印热端部件。应用过程的参数条件为：设置切片厚度为0.02-0.08mm，扫描路径为90°蜿蜒折叠式，扫描间距0.07-0.11mm，扫描速度400-1500mm/s，激光功率150-300，铺粉层厚近似于加工层厚，加工层厚等于切片厚度。
实施例3
一种3D打印用SMTGH3230球形粉末的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，各成分按照对应质量比称取，并通过母合金熔炼制备电极棒；各成分具体为C：0.15％，Mn：1.0％，Si：0.75％，P：0.03％，S：0.015％，Cr：24％，Mo：3％，W：15％，Co：5％，Ti：0.1％，Al：0.5％，Fe：3.0％，La：0.05％，B：0.015％，Cu：0.5％，O：0.02％，N：0.025％，余量为Ni和不可避免的杂质；
步骤2，以步骤1得到的电极棒为原料，采用超高转速等离子旋转电极进行离心雾化制粉，雾化室先抽真空至10-2Pa，再充高纯氩气进行雾化制粉，旋转电极的转速为33000r/min，收得粉末后进行超声波振动筛分，获得3D打印用SMTGH3230球形粉末；3D打印用SMTGH3230球形粉末中：激光粒度粒径小于30.8μm占10％，激光粒度粒径小于46.8μm占50％，激光粒度粒径小于63.9μm占90％；GH3230球形粉末的松装密度为5.25g/cm3，振实密度为5.53g/cm3；GH3230球形粉末的投影圆面积≥93％；GH3230球形粉末的空心粉比例≤0.1％；GH3230球形粉末的流动性≤15s/50g。
上述3D打印用SMTGH3230球形粉末，应用在激光铺粉3D打印热端部件。应用过程的参数条件为：设置切片厚度为0.08mm，扫描路径为90°蜿蜒折叠式，扫描间距0.11mm，扫描速度1500mm/s，激光功率300，铺粉层厚近似于加工层厚，加工层厚等于切片厚度。
Claims (10)
1.一种3D打印用SMTGH3230球形粉末，其特征在于，按照质量百分比由以下成分组成：
C：0.05％-0.15％，Mn：0.3％-1.0％，Si：0.25％-0.75％，P：0-0.03％，S：0-0.015％，Cr：20％-24％，Mo：1.0％-3％，W：13％-15％，Co：0-5％，Ti：0-0.1％，Al：0.2％-0.5％，Fe：0-3.0％，La：0.005-0.05％，B：0-0.015％，Cu：0-0.5％，O：0-0.02％，N：0-0.025％，余量为Ni和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的3D打印用SMTGH3230球形粉末，其特征在于，所述GH3230球形粉末中激光粒度粒径小于19.2μm-30.8μm占10％，激光粒度粒径小于33.8μm-46.8μm占50％，激光粒度粒径小于48.8μm-63.9μm占90％。
3.根据权利要求1所述的3D打印用SMTGH3230球形粉末，其特征在于，所述GH3230球形粉末的松装密度为5.19-5.25g/cm3，振实密度为5.47-5.53g/cm3。
4.根据权利要求1所述的3D打印用SMTGH3230球形粉末，其特征在于，所述GH3230球形粉末的投影圆面积≥93％。
5.根据权利要求1所述的3D打印用SMTGH3230球形粉末，其特征在于，所述GH3230球形粉末的空心粉比例≤0.1％。
6.根据权利要求1所述的3D打印用SMTGH3230球形粉末，其特征在于，所述GH3230球形粉末的流动性≤15s/50g。
7.一种权利要求1所述的3D打印用SMTGH3230球形粉末的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，各成分按照对应质量比称取，并通过母合金熔炼制备电极棒；
步骤2，以步骤1得到的电极棒为原料，采用超高转速等离子旋转电极进行离心雾化制粉，收得粉末后进行超声波振动筛分，获得目标GH3230球形粉末。
8.根据权利要求7所述的3D打印用SMTGH3230球形粉末的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，雾化室先抽真空至10-1Pa-10-2Pa，再充高纯氩气进行雾化制粉。
9.根据权利要求7所述的3D打印用SMTGH3230球形粉末的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，旋转电极的转速为28000r/min-33000r/min。
10.一种如权利要求1所述的3D打印用SMTGH3230球形粉末，其特征在于，应用在激光铺粉3D打印热端部件。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2020-07-30 CN CN202010751948.6A patent/CN112024870A/zh active Pending
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