CN113774254A - 一种适用于增材制造的镍基合金丝材及制造工艺 - Google Patents

一种适用于增材制造的镍基合金丝材及制造工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN113774254A
CN113774254A CN202110999505.3A CN202110999505A CN113774254A CN 113774254 A CN113774254 A CN 113774254A CN 202110999505 A CN202110999505 A CN 202110999505A CN 113774254 A CN113774254 A CN 113774254A
Authority
CN
China
Prior art keywords
equal
less
nickel
additive manufacturing
light spot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110999505.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113774254B (zh
Inventor
赵琳
彭云
田志凌
马成勇
曹洋
方前
肖红军
朱彦洁
侯旭儒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central Iron and Steel Research Institute
Original Assignee
Central Iron and Steel Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central Iron and Steel Research Institute filed Critical Central Iron and Steel Research Institute
Priority to CN202110999505.3A priority Critical patent/CN113774254B/zh
Publication of CN113774254A publication Critical patent/CN113774254A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113774254B publication Critical patent/CN113774254B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/055—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 20% but less than 30%
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

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％。

Description

一种适用于增材制造的镍基合金丝材及制造工艺
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：
本发明所述的镍基合金丝材采用激光熔丝沉积增材制造，成形结构件具有良好的强韧性，抗拉强度≥680MPa，断后伸长率≥35％，因此镍基合金激光熔丝沉积增材制造技术具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明激光熔丝沉积增材制造设备示意图。
图2为本发明实施例1所得到的镍基合金激光熔丝沉积增材制造显微组织图。
图中：激光束1、送丝系统2、丝材3、送丝导嘴4、保护气体喷嘴5、热丝电源6、基体7。
具体实施方式：
以下结合实施例和附图，对本发明提供的镍基合金丝材及其增材制造工艺进行详细说明。
实施例1
采用本发明镍基合金丝材进行激光熔丝沉积增材制造，丝材化学成分按重量百分数表示为：C：0.044，Si：0.16，Mn：0.023，Cr：20.24，Mo：2.12，Ti：0.67，Nb：1.08，Al：0.64，Fe：1.50，Cu：0.076，P：0.005，S：0.0018，余量为镍和通常金属冶炼存在的杂质。激光熔丝沉积增材制造系统如图1所示，激光功率3.0kW，扫描速度0.6m/min，送丝速度1.2m/min，光丝间距1.5mm，热丝电流55A，激光光斑直径为3.0mm，保护气体为氩气。成形组织主要为奥氏体(如图2所示)。成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度776MPa，断后伸长率46.5％。
实施例2
采用本发明镍基合金丝材进行激光熔丝沉积增材制造，丝材化学成分按重量百分数表示为：C：0.021，Si：0.10，Mn：0.021，Cr：20.96，Mo：2.27，Ti：0.42，Nb：1.16，Al：0.43，Fe：1.32，Cu：0.053，P：0.006，S：0.0015，余量为镍和通常金属冶炼存在的杂质。激光功率2.0kW，扫描速度0.3m/min，送丝速度0.9m/min，光丝间距1.0mm，热丝电流50A，激光光斑尺寸为5.0mm×2.0mm，保护气体为氩气。成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度751MPa，断后伸长率51％。
实施例3
采用本发明镍基合金丝材进行激光熔丝沉积增材制造，丝材化学成分按重量百分数表示为：C：0.035，Si：0.22，Mn：0.089，Cr：19.60，Mo：2.03，Ti：0.57，Nb：1.02，Al：0.51，Fe：1.89，Cu：0.087，P：0.008，S：0.0063，余量为镍和通常金属冶炼存在的杂质。激光功率3.5kW，扫描速度0.9m/min，送丝速度1.8m/min，光丝间距0.5mm，热丝电流55A，激光光斑尺寸为4.0mm×1.0mm，保护气体为氩气。成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度822MPa，断后伸长率39％。
实施例4
采用本发明镍基合金丝材进行激光熔丝沉积增材制造，丝材化学成分按重量百分数表示为：C：0.029，Si：0.15，Mn：0.032，Cr：20.61，Mo：2.08，Ti：0.46，Nb：1.14，Al：0.49，Fe：1.63，Cu：0.055，P：0.006，S：0.0020，余量为镍和通常金属冶炼存在的杂质。激光功率2.5kW，扫描速度0.36m/min，送丝速度1.35m/min，光丝间距1.0mm，热丝电流55A，激光光斑直径为4.0mm，保护气体为氩气。成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度764MPa，断后伸长率41％。
实施例5
采用本发明镍基合金丝材进行激光熔丝沉积增材制造，丝材化学成分按重量百分数表示为：C：0.038，Si：0.19，Mn：0.036，Cr：20.15，Mo：2.14，Ti：0.53，Nb：1.11，Al：0.58，Fe：1.48，Cu：0.061，P：0.005，S：0.0027，余量为镍和通常金属冶炼存在的杂质。激光功率4.0kW，扫描速度0.45m/min，送丝速度1.5m/min，光丝间距2.0mm，热丝电流60A，激光光斑尺寸为8.0mm×3.0mm，保护气体为氩气。成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度735MPa，断后伸长率53.5％。

Claims (2)

1.一种适用于增材制造的镍基合金丝材，其特征在于，按重量百分比为：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；
成形构件具有良好的力学性能，抗拉强度≥680MPa，断后伸长率≥35％。
2.一种权利要求1所述适用于增材制造的镍基合金丝材的制造工艺，在激光熔丝沉积增材制造设备上制造，其特征在于：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。
CN202110999505.3A 2021-08-29 2021-08-29 一种适用于增材制造的镍基合金丝材及制造工艺 Active CN113774254B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110999505.3A CN113774254B (zh) 2021-08-29 2021-08-29 一种适用于增材制造的镍基合金丝材及制造工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110999505.3A CN113774254B (zh) 2021-08-29 2021-08-29 一种适用于增材制造的镍基合金丝材及制造工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113774254A true CN113774254A (zh) 2021-12-10
CN113774254B CN113774254B (zh) 2022-07-29

Family

ID=78839792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110999505.3A Active CN113774254B (zh) 2021-08-29 2021-08-29 一种适用于增材制造的镍基合金丝材及制造工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113774254B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105618959A (zh) * 2016-03-11 2016-06-01 天津滨海雷克斯激光科技发展有限公司 一种用于MONEL-K500合金激光焊接与熔覆的新型SL-NiCrMo合金材料
CN105855549A (zh) * 2016-06-22 2016-08-17 大连理工大学 一种脉冲激光填丝增材制造镍基合金结构的方法
CN108588498A (zh) * 2018-05-30 2018-09-28 哈尔滨理工大学 一种镍基梯度材料及选区激光熔化法制备镍基梯度材料的方法
CN109434466A (zh) * 2018-12-07 2019-03-08 南昌大学 一种超声微锻强化激光熔丝熔覆层的方法
RU2713255C1 (ru) * 2019-09-23 2020-02-04 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" Способ формирования композиционного материала методом селективного лазерного плавления порошка жаропрочного никелевого сплава на подложке из титанового сплава
US10577679B1 (en) * 2018-12-04 2020-03-03 General Electric Company Gamma prime strengthened nickel superalloy for additive manufacturing

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105618959A (zh) * 2016-03-11 2016-06-01 天津滨海雷克斯激光科技发展有限公司 一种用于MONEL-K500合金激光焊接与熔覆的新型SL-NiCrMo合金材料
CN105855549A (zh) * 2016-06-22 2016-08-17 大连理工大学 一种脉冲激光填丝增材制造镍基合金结构的方法
CN108588498A (zh) * 2018-05-30 2018-09-28 哈尔滨理工大学 一种镍基梯度材料及选区激光熔化法制备镍基梯度材料的方法
US10577679B1 (en) * 2018-12-04 2020-03-03 General Electric Company Gamma prime strengthened nickel superalloy for additive manufacturing
CN109434466A (zh) * 2018-12-07 2019-03-08 南昌大学 一种超声微锻强化激光熔丝熔覆层的方法
RU2713255C1 (ru) * 2019-09-23 2020-02-04 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" Способ формирования композиционного материала методом селективного лазерного плавления порошка жаропрочного никелевого сплава на подложке из титанового сплава

Also Published As

Publication number Publication date
CN113774254B (zh) 2022-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110538945B (zh) 一种难熔高熵合金绞股丝材、其应用及制备方法
CN103014523B (zh) 一种高温合金用母材及其制备方法
CN105543747A (zh) 一种保留有Laves相的增材制造镍基高温合金的制备方法
CN113199169B (zh) 一种激光增材制造用Ni-Cr基焊丝及其制备方法
CN103358051B (zh) 一种铜基钎料及其制备方法
CN106994471A (zh) 一种780MPa强度级电子束熔丝3D打印构件用钛合金丝材
CN106181131A (zh) 用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的实芯焊丝制备方法
CN114505619B (zh) 镍基焊丝、镍基焊丝的制造方法和镍基焊丝的焊接工艺
CN109693019B (zh) 一种利用丝材电弧熔化制备高强高硬不锈钢的方法
CN108998716A (zh) 一种电弧熔敷粉芯丝材及其高熵合金涂层的制备方法
CN1846915A (zh) 双金属手用锯条及其生产方法
CN111500897A (zh) 一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金及其加工方法
CN113399780B (zh) 基于电弧熔丝增材制造300m钢的方法及300m钢
CN104907733B (zh) 一种抗辐照低活化钢气体保护焊用焊丝及其制备方法
CN113774254B (zh) 一种适用于增材制造的镍基合金丝材及制造工艺
CN111055043A (zh) 一种加氢反应器用Cr-Mo-V钢焊接用钨极氩弧焊丝及其制备方法
CN110408812A (zh) 一种用于鼠笼式异步牵引电机端环的制备方法
CN113564410A (zh) 一种激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金材料及其制备工艺
CN111101043A (zh) 一种激光增材制造的CrMoVNbAl高熵合金及其成形工艺
CN113996970B (zh) 一种AlCrCuFe2.5NiTix耐蚀高熵堆焊合金及其制备方法
Zhang et al. Microstructure and bonding strength of aluminum bronze on ASTM 1045 steel by CMT welding
CN112059181B (zh) 一种镍锰铟形状记忆合金零件及其4d成形方法
CN115070169A (zh) 一种7%Ni储罐钢的钢板焊接方法
CN204700448U (zh) 镍合金焊丝
CN114425673A (zh) 基于电致塑性原理的药芯焊丝制备设备及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant