CN113201667A

CN113201667A - 一种镍基高温合金及其设计方法

Info

Publication number: CN113201667A
Application number: CN202110394588.3A
Authority: CN
Inventors: 梁静静; 周亦胄; 李金国; 孙晓峰
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2041-04-13
Also published as: CN113201667B

Abstract

本发明是关于一种镍基高温合金及其设计方法，涉及合金设计及增材制造技术领域。主要采用的技术方案为：一种镍基高温合金是由增材制造工艺制备，且所述镍基高温合金中的用于促进γ′‑Ni₃Al第二相析出的合金元素的含量满足：使所述镍基高温合金中的γ′‑Ni₃Al第二相的体积分数为45～60％，且镍基高温合金中Ti元素的含量为0‑4wt％；其中，所述镍基高温合金中的用于促进γ′‑Ni₃Al第二相析出的合金元素包括Al元素，优选的，还包括Ti和/或Ta元素。本发明将镍基高温合金中的γ′‑Ni₃Al第二相含量作为平衡高温力学性能和增材制造成形性的关键参量，并提出将γ′‑Ni₃Al相含量控制在45～60％范围内，以兼顾镍基高温合金力学性能和成形性能。本发明可为增材制造专用高性能镍基高温合金的研发提供指导思想。

Description

一种镍基高温合金及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种合金设计及增材制造技术领域，特别是涉及一种镍基高温合金及其设计方法。

背景技术

镍基高温合金具有优异的物理与力学性能，可在高温、复杂应力环境长期可靠工作，被广泛用于制造航空、航天、舰船发动机的热端部件。

目前，镍基高温合金构件的制备技术主要包括熔模铸造技术、粉末冶金技术和变形技术三种。为适应不同的制备技术，研究人员开发出了不同种类的合金材料，比如，K465、K438、K417等铸造合金，FGH95、FGH96、FGH97等粉末合金，GH4169、GH3536、GH3230等变形合金。上述不同种类的合金具有独特的成分和组织特征，以适应不同制备技术的要求。

增材制造技术是近年来新兴的一种数字化、智能化与柔性化的先进制造技术，在航空航天等领域有着广阔的应用前景。与传统熔模铸造、粉末冶金和锻造的工艺过程和成形原理不同，增材制造技术是非常小的移动液相熔池在相对非常大的固态基体上非平衡快速凝固过程。在这种成形条件下，热传输、溶质传输均发生了较大变化。利用已有针对传统制备技术开发的合金进行增材制造时，比如GH4169、GH3536等变形合金，虽然可以成形，但是这类合金高温强度较低，不适用于对高温力学性能要求较高的构件；而高温性能较高的K465、K438、K417等铸造高温合金，增材制造过程中极易发生裂纹等缺陷，成形性极差。

鉴于此，亟需一种适用于增材制造的可兼顾高温力学性能和增材制造成形性的镍基高温合金成分设计方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种镍基高温合金及其设计方法，主要目的在于能使增材制造的镍基高温合金的裂纹得到有效控制，并保证镍基高温合金在高温下的力学性能。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种镍基高温合金，其中，所述镍基高温合金是由增材制造工艺制备，且所述镍基高温合金中的用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素的含量满足：使所述镍基高温合金中的γ′-Ni₃Al第二相的体积分数为45～60％；且所述镍基高温合金中Ti元素的含量为0-4wt％；其中，所述镍基高温合金中的用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素包括Al元素，优选的，还包括Ti和/或Ta元素。

优选的，所述镍基高温合金中的裂纹长度低于5μm，所述镍基高温合金中的裂纹面积百分比低于0.05％(在此的裂纹面积百分比指的是：对合金截面微观组织进行金相观察，统计金相照片中裂纹的面积与金相照片的面积的比例)；优选的，所述镍基高温合金经后处理工艺，能消除裂纹；进一步优选的，所述后处理工艺选用热等静压工艺或优化增材制造工艺。

另一方面，本发明的实施例还提出一种上述镍基高温合金的设计方法，其中，包括如下步骤：

1)调整镍基高温合金体系中的用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素的含量，计算出相应的γ′-Ni₃Al第二相的体积分数、并评估合金形成TCP有害相的倾向性；在此基础上，筛选出多组不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金成分；

2)根据筛选出的多组不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金成分，分别制备出多组用于增材制造的合金粉末；

3)利用激光增材制造工艺将多组所述用于增材制造的合金粉末分别制造成多个不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金样品；

4)对所述镍基高温合金样品进行金相观察，分析不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金的裂纹敏感性；分析得到：镍基高温合金中的γ′-Ni₃Al第二相的体积分数为不超过60％、Ti元素的含量为0-4wt％时，镍基高温合金上的裂纹能得到有效控制。进一步地，γ′-Ni₃Al第二相的体积分数为45～60％时，镍基高温合金上的裂纹能得到有效控制，且镍基高温合金还满足高温力学性能的要求。

优选的，在所述步骤1)中，用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素的含量的调整范围如下：Al元素的调整范围为1～7wt％、Ti元素的调整范围为0～5wt％、Ta元素的调整范围为0～8wt％。

优选的，在所述步骤1)中：以重量百分数计，所述镍基高温合金体系包括以下成分：Cr 5～20wt％、Co 0～15wt％、W 0～17wt％，Mo 0～10wt％，Re 0～7wt％、Ru 0～6wt％、C 0～0.2％、B 0～0.2wt％、Hf 0～3wt％、Al 1～7wt％、Ti 0～5wt％、Ta 0～8wt％、余量为Ni。

优选的，在所述步骤1)中：根据镍基高温合金的成分计算电子空位数，通过电子空位数来评估合金形成TCP有害相的倾向性。

优选的，在所述步骤3)中，所述激光增材制造工艺选用激光送粉增材制造工艺；其中，以粒径为53-150μm的合金粉末为原料、激光功率为400-1600W、激光光斑直径0.8～2.0mm、光束扫描速度为600～1800mm/min、道次之间搭接率为40～50％、单层厚度为0.3～0.8mm、送粉量为5～15g/min、优选的，送粉气体为Ar气、送粉气体的压强为0.10～0.25MPa。

优选的，在所述步骤3)中，所述激光增材制造工艺选用激光铺粉增材制造工艺；其中，以粒径为15-150μm的合金粉末为原料、激光功率为250～500w、激光光斑直径0.05～0.50mm、光束扫描速度为1.0～1.5m/s、道次之间搭接率为40～50％、单层厚度为0.05～0.20mm，优选的，保护气体为Ar气。

优选的，在所述步骤4)中：对镍基高温合金样品进行金相观察，分析镍基高温合金样品中的裂纹形态、裂纹所占镍基高温合金样品截面的面积百分比，来判断不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金的裂纹敏感性；其中，当镍基高温合金样品中的所有裂纹的长度低于5μm，且裂纹面积百分比低于0.05％时，则裂纹可通过后处理工艺消除；其中，当镍基高温合金样品中的γ′-Ni₃Al第二相的体积分数不超过60％、且Ti元素的含量为0-4wt％时，则镍基高温合金样品中的所有裂纹的长度低于5μm，且裂纹面积百分比低于0.05％。

与现有技术相比，本发明的镍基高温合金及其设计方法至少具有下列有益效果：

一方面，本发明实施例提供一种镍基高温合金，该镍基高温合金是由增材制造工艺制备，首次提出使镍基高温合金中的γ′-Ni₃Al第二相的体积分数为45～60％，且镍基高温合金中Ti元素含量为0-4wt％(在此需要说明的是：镍基高温合金中的用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素仅含铝元素，或仅含Al和Ta元素时，属于Ti元素的含量为0wt％的情形；若镍基高温合金中的用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素在含Al的基础上，还含有Ti或含有Ti+Ta，则Ti元素的含量满足不超过4wt％)；这样不仅可以确保镍基高温合金在高温下的力学性能、还能控制增材制造过程中的裂纹含量，从而为增材制造专用高性能高温合金的研发提供指导思想。

进一步地，本发明实施例提供一种镍基高温合金的设计方法，从控制析出强化相(γ′-Ni₃Al第二相)含量的角度出发，先调整镍基高温合金中用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出(成形)的合金元素的含量，并相应计算出对应的γ′-Ni₃Al第二相体积分数，筛选出多组不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金成分，进一步由增材工艺制备出不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金，通过金相分析裂纹敏感性、并考虑高温强度，设计出镍基高温合金中的γ′-Ni₃Al第二相的体积分数为45～60％时，能使增材制造的镍基高温合金的裂纹得到有效控制，并保证镍基高温合金在高温下的力学性能。本发明实施例提出的上述设计方法为增材制造专用高性能高温合金的研发提供指导思想。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为镍基高温合金中γ′-Ni₃Al第二相相含量与镍基合金高温的强度、增材制造过程中裂纹敏感性的关系示意图。

图2为实施例1中Al、Ti含量对增材制造高温合金样品中裂纹的影响。

图3为实施例2中Al、Ti含量对增材制造高温合金样品中裂纹的影响。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本发明的设计思想如下：

镍基高温合金中γ′-Ni₃Al第二相对镍基高温合金的高温力学性能至关重要，一般而言，γ′-Ni₃Al第二相的含量(体积分数)越大，则高温强度越高。在变形高温合金中，γ′-Ni₃Al第二相的含量一般不超过40％，以便于锻造变形。在粉末高温合金中，γ′-Ni₃Al第二相的含量一般低于50％。对于铸造高温合金而言，其后期无需通过变形成形，故镍基高温合金中γ′-Ni₃Al第二相的含量一般高于60％。虽然，γ′-Ni₃Al第二相的含量的增加能够提高合金的高温性能，但是对于增材制造工艺而言，不利于合金增材制造的成形性，易导致开裂(参见图1所示)。由此可见，优化合金中γ′-Ni₃Al第二相的含量对平衡高温力学性能和增材制造成形性至关重要。

基于上述设计思想，本发明针对增材制造工艺，提出一种镍基高温合金的设计方法，具体步骤如下：

1)合金成分范围初步确定：调整镍基高温合金体系中的用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素的含量，通过热力学计算出相应的γ′-Ni₃Al第二相的体积分数、并评估合金形成TCP有害相的倾向性；在此基础上，筛选出多组不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金成分。

在此，本发明适用于所有的镍基高温合金体系。一般而言，以重量百分数计，镍基高温合金体系主要包括：Cr 5～20wt％、Co 0～15wt％、W 0～17wt％，Mo 0～10wt％，Re 0～7wt％、Ru 0～6wt％、C 0～0.2％、B 0～0.2wt％、Hf 0～3wt％、Al 1～7wt％、Ti 0～5wt％、Ta 0～8wt％、余量为Ni。该步骤主要是在其他元素确定下，调整Al、Ti、Ta中的元素含量，并相应地计算出γ′-Ni₃Al第二相的体积分数。

较佳地，根据传统高温合金成分设计原则(合金元素的添加不能促进TCP有害相析出、Al和Cr等抗氧化腐蚀元素的含量满足合金抗氧化性需求)，大体确定高温合金中γ′-Ni₃Al第二相成形元素Al、Ti和Ta、固溶强化元素W、Mo、Co、Cr、Re等，晶界元素C、B和Zr等的含量范围。从上述合金成分范围内筛选出几种合金成分，利用热力学计算软件(如Thermo-Calc、CALPHAD等)计算上述合金成分所对应的合金相组成，而后利用电子空位数计算方法评估合金形成TCP有害相的倾向性(传统理论认为，当高温合金中电子空位数小于2.2时，高温合金中一般不产生TCP有害相)。在此基础上，筛选出几组不同γ′-Ni₃Al第二相相含量的合金成分。

2)合金粉末制备：根据筛选出的多组不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金成分，分别制备出多组用于增材制造的合金粉末。

具体地，利用上述不同γ′-Ni₃Al第二相含量的合金进行粉末制备，合金粉末制备的方法可以为惰性气体雾化，也可以为等离子旋转电极。粉末制备完毕后，筛分出合适的粒度，以进行下一步的增材制造。

较佳的，根据筛选出的不同γ′-Ni₃Al第二相含量的合金成分，制备增材制造用的合金粉末。可采用该成分的母合金，通过惰性气体雾化或等离子旋转电极工艺制备合金粉末。也可由几种单质金属或特定成分合金粉末按照成分要求混合而成。如果增材制造工艺选择激光送粉的方法，则筛分出53～150μm粒径的合金粉末为下一步增材制造做准备；如果增材制造工艺选择激光铺粉的方法，则筛分出15～150μm的合金粉末为下一步做准备。

3)增材制造工艺：利用激光增材制造工艺将多组所述用于增材制造的合金粉末分别制造成多个不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金样品。

具体地，采用砂纸将合金基板表面磨平和进行喷砂处理，喷砂时气流压强为1.8～2.8MPa，使基板表面洁净并呈现一定的粗糙度(0.5～4.5Ra)。而后，利用UG、CAD等计算机画图软件，编制出具有一定几何形状的试样，比如10×10×10mm，并通过增材制造专用切片软件(如Magics等)生成可控制激光束扫描路径的程序。而后，利用激光送粉或激光铺粉的工艺进行增材制造。

激光送粉增材制造工艺所采用得激光功率为400～1600w，激光光斑直径0.8～2.0mm，光束扫描速度为600～1800mm/min，道次之间搭接率为40～50％，单层厚度为0.3～0.8mm，送粉量为5～15g/min，送粉气体为Ar气，送粉氩气压强为0.10～0.25MPa。

激光铺粉增材制造工艺所采用得激光功率为250～500w，激光光斑直径0.05～0.50mm，光束扫描速度为1.0～1.5m/s，道次之间搭接率为40～50％，单层厚度为0.05～0.20mm，保护气体为Ar气。

激光增材制造过程非常重要。制造过程中，采用氩气对试样进行保护以防止制造过程中O、N等杂质进入熔池，而且激光束能量密度适中，能够保证试样成形过程中无熔合不良、大尺寸气孔等缺陷。

4)对所述镍基高温合金样品进行金相观察，分析不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金的裂纹敏感性；分析得到：镍基高温合金中的γ′-Ni₃Al第二相的体积分数为不超过60％、且Ti元素的含量为0-4wt％时，镍基高温合金上的裂纹能得到有效控制。

关于本发明中提及的“Ti元素的含量为0-4wt％”的说明如下：若镍基高温合金中的用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素仅含铝元素，或仅含Al和Ta元素时：属于Ti元素的含量为0wt％的情形；若镍基高温合金中的用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素在含Al的基础上，还含有Ti或含有Ti+Ta，则Ti元素的含量满足不超过4wt％)。

另外，为了确保高温性能，使γ′-Ni₃Al第二相的体积分数不小于45％。

具体地，对镍基高温合金样品进行金相观察，分析镍基高温合金样品中的裂纹形态、裂纹所占镍基高温合金样品截面的面积百分比，来判断不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金的裂纹敏感性；其中，当镍基高温合金样品中的所有裂纹的长度低于5μm，且裂纹面积百分比低于0.05％时，则裂纹可通过后处理工艺消除；其中，当镍基高温合金样品中的γ′-Ni₃Al第二相的体积分数不超过60％、且Ti元素的含量为0-4wt％时，则镍基高温合金样品中的所有裂纹的长度低于5μm，且裂纹面积百分比低于0.05％。当γ′-Ni₃Al第二相含量超过60％，裂纹难以消除。因此，针对增材制造技术的高温合金成分设计，为同时保证高温力学性能和增材制造成形性，可将合金中γ′-Ni₃Al的含量控制在45～60％。

最后，在确保γ′-Ni₃Al第二相含量的基础上，综合考虑合金的组织稳定性、抗氧化性和力学性能，进一步优化合金成分。

下面通过具体实验实施例对本发明进一步详细说明如下：

以下实施例主要以Ni-Cr-Co-Mo-W-Al-Ti-C镍基多元合金体系的成分设计为例进行说明。

实施例1

本实施例设计一种用于增材制造的镍基高温合金，主要包括如下步骤：

1)合金成分初步选择

根据传统高温合金成分设计原则，大体确定了一种镍基高温合金中固溶元素及晶界强化元素的成分，具体为Ni-8Cr-5Co-2Mo-5W-0.05C(关于该镍基高温合金，包括Cr(8wt％)、Co(5wt％)、Mo(2wt％)、W(5wt％)、C(0.05wt％)、Al(0～7wt％)、Ti(0～5wt％)、Ni(余量))。

然后，调整镍基高温合金中γ′-Ni₃Al第二相成形元素Al和Ti的含量(Al的调整范围0～7wt％、Ti的调整范围为0～5wt％)。利用Thermo-Calc热力学计算软件计算Al、Ti含量对合金中γ′-Ni₃Al第二相含量的影响(具体参见表1所示)。通过电子空位数计算方法获得合金的电子空位数，评判合金形成TCP有害相的倾向性。

表1显示了Al和Ti含量对Ni-8Cr-5Co-2Mo-5W-0.05C镍基合金中γ′-Ni₃Al第二相含量和电子空位数的影响。

传统理论认为，当高温合金中电子空位数小于2.2时，高温合金中一般不产生TCP有害相。所以，本实施例中可认为几种成分的镍基高温合金组织稳定性良好，即只考虑镍基高温合金中γ′-Ni₃Al第二相。

2)合金粉末制备

根据上述不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金成分，制备出增材制造用的合金粉末。采用真空感应熔炼炉熔炼母合金，而后通过惰性气体雾化制备合金粉末。筛分出53～150μm粒径的合金粉末为下一步激光送粉增材制造工艺做准备。

3)增材制造工艺

利用激光送粉增材制造工艺将多组所述用于增材制造的合金粉末分别制造成多个不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金样品。其中，工艺步骤及参数如下：

采用砂纸将GH4169高温合金基板表面磨平和进行喷砂处理，喷砂时气流压强约为2.2MPa，使基板表面洁净并呈现一定的粗糙度(～4.5Ra)。而后，利用UG软件，编制出10×10×10mm几何形状的试样数模，并通过Magics切片软件生成可控制激光束扫描路径的程序。而后，利用激光送粉或激光铺粉的工艺进行增材制造。

激光送粉增材制造工艺所采用得激光功率为1000w，激光光斑直径1.8mm，光束扫描速度为1200mm/min，道次之间搭接率为45％，单层厚度为0.5mm，送粉量为10g/min，送粉气体为Ar气，送粉氩气压强为0.15MPa。

4)裂纹敏感性分析

将步骤3)激光增材工艺制备的多个不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金样品按照传统金相制备方法进行金相样品的制备，对样品进行金相观察。当样品中所有裂纹长度均低于5μm，且裂纹面积百分比低于0.05％时，裂纹可通过后期热等静压或进一步优化增材制造工艺消除。基于此，可以认为此时，合金样品中无裂纹。

图2显示了不同含量的Al、Ti合金元素的试样中裂纹存在的情况。可见，对于Ni-8Cr-5Co-2Mo-5W-0.05C镍基高温合金而言，γ′-Ni₃Al第二相含量不超过60％时，镍基高温金中裂纹相对而言比较容易控制；进一步地，Ti元素含量不超过4wt％时，镍基高温金中的裂纹更容易控制。

因此，为了同时确保Ni-8Cr-5Co-2Mo-5W-0.05C镍基高温合金的高温性能、增材制造的变形性，因此，可将该合金中γ′-Ni₃Al第二相含量控制在45～60％，并且，使该镍基高温合金的Ti元素含量不超过4wt％。

表1为实施例1的步骤1)中，Al和Ti含量对合金中γ′-Ni₃Al第二相含量和电子空位数的影响

表1

实施例2

1)合金成分初步选择

根据传统高温合金成分设计原则，大体确定了一种高温合金中固溶元素及晶界强化元素的成分，具体为Ni-10Cr-10Co-3Mo-2W-0.5Hf-0.05C(关于该镍基高温合金，包括Cr(10wt％)、Co(10wt％)、Mo(3wt％)、W(2wt％)、Hf(0.5wt％)、C(0.05wt％)、Al(0～7wt％)、Ti(0～5wt％)、Ni(余量))。

然后，调整该镍基高温合金中的γ′-Ni₃Al第二相成形元素Al和Ti的含量(Al的调整范围0～7wt％、Ti的调整范围为0～5wt％)。利用Thermo-Calc热力学计算软件计算了不同Al、Ti含量的合金中γ′-Ni₃Al第二相含量(本实施例的Al和Ti的含量调节及γ′-Ni₃Al第二相含量具体参见表1所示)。与此同时，通过理论计算分析了本实施例中几种合金的电子空位数，结果表明这几种成分合金组织稳定性良好。

2)合金粉末制备

根据上述不同γ′-Ni₃Al第二相相含量的合金成分，制备增材制造用的合金粉末。采用真空感应熔炼炉熔炼母合金，而后通过惰性气体雾化制备合金粉末。筛分出53～150μm粒径的合金粉末为下一步激光送粉增材制造工艺做准备。

(3)增材制造工艺

激光送粉增材制造工艺所采用得激光功率为1000w，激光光斑直径1.8mm，光束扫描速度为1200mm/min，道次之间搭接率为45％，单层厚度为0.5mm，送粉量为13g/min，送粉气体为Ar气，送粉氩气压强为0.15MPa。

4)裂纹敏感性分析

将步骤3)激光增材工艺制备的多个不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金样品按照传统金相制备方法进行金相样品的制备，对样品进行金相观察。当样品中所有裂纹长度均低于5μm，且裂纹面积百分比低于0.05％时，裂纹可通过后期热等静压或进一步优化增材制造工艺消除。基于此，认为此时，合金样品中无裂纹。

图3显示了不同Al、Ti合金元素的试样中裂纹存在的情况。可见，对于Ni-10Cr-10Co-3Mo-2W-0.5Hf-0.05C合金而言，γ′-Ni₃Al第二相含量不超过60％、且Ti元素含量不超过4wt％时，合金中裂纹相对而言比较容易控制。

进一步地，为了确保Ni-10Cr-10Co-3Mo-2W-0.5Hf-0.05C镍基高温合金的高温性能及增材制造的变形性，因此，可将该合金中γ′-Ni₃Al第二相含量控制在45～60％，并且使该镍基高温合金的Ti元素含量不超过4wt％。

综上，本发明实施例提供一种镍基高温合金及其设计方法，基于第二相强化的增材制造镍基高温合金成分设计方法，不仅可以保证所得合金在高温下的力学性能，还能控制增材制造过程中的裂纹含量，为增材制造专用高性能高温合金的研发提供指导思想。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种镍基高温合金，其特征在于，所述镍基高温合金是由增材制造工艺制备，且所述镍基高温合金中的用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素的含量满足：使所述镍基高温合金中的γ′-Ni₃Al第二相的体积分数为45～60％；且所述镍基高温合金中Ti元素的含量为0-4wt％；

其中，所述镍基高温合金中的用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素包括Al元素，优选的，还包括Ti和/或Ta元素。

2.根据权利要求1所述的镍基高温合金，其特征在于，所述镍基高温合金中的裂纹长度低于5μm，所述镍基高温合金中的裂纹面积百分比低于0.05％。

3.根据权利要求2所述的镍基高温合金，其特征在于，所述镍基高温合金经后处理工艺，能消除裂纹；优选的，所述后处理工艺选用热等静压工艺或优化增材制造工艺。

4.权利要求1-3任一项所述镍基高温合金的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

4)对所述镍基高温合金样品进行金相观察，分析不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金的裂纹敏感性；分析得到：镍基高温合金中的γ′-Ni₃Al第二相的体积分数为不超过60％、Ti元素的含量为0-4wt％时，镍基高温合金上的裂纹能得到有效控制；优选的，当所述镍基高温合金中的γ′-Ni₃Al第二相的体积分数为45～60％时，所述镍基高温合金满足高温力学性能的要求。

5.根据权利要求4所述的镍基高温合金的设计方法，其特征在于，在所述步骤1)中，用于促进γ′-Ni₃Al第二相析出的合金元素的含量的调整范围如下：Al元素的调整范围为1～7wt％、Ti元素的调整范围为0～5wt％、Ta元素的调整范围为0～8wt％。

6.根据权利要求4所述的镍基高温合金的设计方法，其特征在于，在所述步骤1)中：以重量百分数计，所述镍基高温合金体系包括以下成分：Cr 5～20wt％、Co 0～15wt％、W 0～17wt％，Mo 0～10wt％，Re 0～7wt％、Ru 0～6wt％、C 0～0.2％、B 0～0.2wt％、Hf 0～3wt％、Al 1～7wt％、Ti 0～5wt％、Ta 0～8wt％、余量为Ni。

7.根据权利要求4所述的镍基高温合金的设计方法，其特征在于，在所述步骤1)中：根据镍基高温合金的成分计算电子空位数，通过电子空位数来评估合金形成TCP有害相的倾向性。

8.根据权利要求4所述的镍基高温合金的设计方法，其特征在于，在所述步骤3)中，所述激光增材制造工艺选用激光送粉增材制造工艺；其中，

以粒径为53-150μm的合金粉末为原料、激光功率为400-1600W、激光光斑直径0.8～2.0mm、光束扫描速度为600～1800mm/min、道次之间搭接率为40～50％、单层厚度为0.3～0.8mm、送粉量为5～15g/min、优选的，送粉气体为Ar气、送粉气体的压强为0.10～0.25MPa。

9.根据权利要求4所述的镍基高温合金的设计方法，其特征在于，在所述步骤3)中，所述激光增材制造工艺选用激光铺粉增材制造工艺；其中，

以粒径为15-150μm的合金粉末为原料、激光功率为250～500w、激光光斑直径0.05～0.50mm、光束扫描速度为1.0～1.5m/s、道次之间搭接率为40～50％、单层厚度为0.05～0.20mm，优选的，保护气体为Ar气。

10.根据权利要求4所述的镍基高温合金的设计方法，其特征在于，在所述步骤4)中：对镍基高温合金样品进行金相观察，分析镍基高温合金样品中的裂纹形态、裂纹所占镍基高温合金样品截面的面积百分比，来判断不同γ′-Ni₃Al第二相含量的镍基高温合金的裂纹敏感性；

其中，当镍基高温合金样品中的所有裂纹的长度低于5μm，且裂纹面积百分比低于0.05％时，则裂纹可通过后处理工艺消除；

其中，当镍基高温合金样品中γ′-Ni₃Al第二相的体积分数不超过60％、且Ti元素的含量为0-4wt％时，则镍基高温合金样品中的所有裂纹的长度低于5μm，且裂纹面积百分比低于0.05％。