CN117210722A - 一种增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金及其制备方法 - Google Patents
一种增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117210722A CN117210722A CN202310764624.XA CN202310764624A CN117210722A CN 117210722 A CN117210722 A CN 117210722A CN 202310764624 A CN202310764624 A CN 202310764624A CN 117210722 A CN117210722 A CN 117210722A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- weight percent
- heat
- resistant
- tensile strength
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 67
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 229910019580 Cr Zr Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 44
- 229910019817 Cr—Zr Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 44
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 51
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 20
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims description 19
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 19
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 17
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 14
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims description 2
- 238000009689 gas atomisation Methods 0.000 claims description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 229910002555 FeNi Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 16
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 2
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 1
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000007712 rapid solidification Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明公开了一种增材制造多组分耐热Al‑Fe‑Ni‑Mn‑Cr‑Zr合金及其制备方法，按质量分数计，所述合金由以下组分组成：Fe：0.9～3.5wt％；Ni：0.9～3.5wt％；Mn：0.9～3.5wt％；Cr：0.9～3.5wt％；Zr：0.6～2.5wt％；其余为Al。本发明在Al合金中加入多种耐热元素，对合金成分进行优化，形成了Al9FeNi和Al6M(Mn、Fe)弥散相，在保证合金强度的前提下，提高了Al合金在中高温环境下的热稳定性能，所得到的产品零件晶粒组织细小均匀，无裂纹，具有优异的力学性能，在保证室温力学性能的同时，具有优异的高温性能。
Description
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及到一种增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金及其制备方法。
背景技术
Al合金具有比强度高、导热性好、抗疲劳和耐腐蚀等优良性能，在宇宙火箭、航天飞机、人造卫星等尖端科技领域具有十分广泛的应用。随着科技水平的不断进步，对于合金材料的高强、轻质、耐热等特性也不断地提出了新追求。增材制造技术凭借其周期短、材料利用率高、设计自由度高等多重优势，面对新形势下的新要求，提供了解决问题的新方法和新思路。基于增材制造在合金成分设计上的高自由度，增材制造Al合金体系的相关研究蓬勃发展，已有研究表明，Al合金中Cr、Mn、Ni、Fe、Zr等耐热元素的加入可以提供良好的固溶强化效果，元素与基体、元素与元素之间还可能发生一定的反应形成强化相，进一步细化晶粒、强化力学性能的同时，还可能提高合金的耐热性能。
传统的增材制造4xxx、7xxx铝合金在室温下服役时可以达到轻质、高强的使用标准，但其固有的中高温环境下的软化问题制约了Al合金的进一步发展。因此，如何优化合金成分，使合金内部形成更高体积分数且弥散分布的热稳定纳米相从而提升Al合金的热稳定性成为了目前的一大研究热点。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
本发明的其中一个目的是提供一种增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金，所得到的产品零件晶粒组织细小均匀，无裂纹，具有优异的力学性能。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金，按质量分数计，所述合金由以下组分组成：Fe：0.9～3.5wt％；Ni：0.9～3.5wt％；Mn：0.9～3.5wt％；Cr：0.9～3.5wt％；Zr：0.6～2.5wt％；其余为Al。
作为本发明增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金的一种优选方案，其中：按质量分数计，所述合金由以下组分组成：Fe：2wt％；Ni：2wt％；Mn：2wt％；Cr：2wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
作为本发明增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金的一种优选方案，其中：所述合金具有如下特性：
(a)室温下抗拉强度为470～527MPa，断裂伸长率为7～11％；
(b)200℃下抗拉强度为310～395MPa；
(c)300℃下抗拉强度为250～329MPa，断裂伸长率为5～9％；
(d)平均硬度为151～168HV0.5。
本发明的另一个目的是提供如上述任一项所述的增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金的制备方法，包括，
按照质量分数计准备金属原料，经真空熔炼、雾化制粉后制备得到预合金粉末；
将所述预合金粉末经机械筛分、保温干燥后进行3D打印。
作为本发明增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述真空熔炼，熔炼温度为650～900℃，气压为0.5～0.6MPa。
作为本发明增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述雾化制粉，在氩气氛围下进行，气雾化压力为7.5～8.5MPa。
作为本发明增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述经机械筛分，筛分后平均粒径为15～53μm。
作为本发明增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述进行3D打印，成形参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为200～400W，扫描速度为800～1200W，层厚为0.02～0.05mm，扫描间距为0.1～0.2mm，层间转角67°。
作为本发明增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金的制备方法的一种优选方案，其中：还包括，经增材制造后，对3D打印的合金进行热处理保温退火。
作为本发明增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述热处理温度为300～325℃，加温速度为50℃/min，保温时间为5～8h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过设计一种新型的增材制造专用多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金粉末，对耐热Al合金成分进行创新和验证，形成了Al9FeNi和Al6M(Mn、Fe)弥散相，在保证合金强度的前提下，提高了Al合金在中高温环境下的热稳定性能。通过上述方案制备Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金粉末，与打印参数优化相结合，所得到的产品零件晶粒组织细小均匀，无裂纹，具有优异的力学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为实施例1制备的增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金粉末扫描形貌图；
图2为实施例1制备的增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金金相图；
图3为实施例1制备的增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金扫描图；
图4为实施例1制备的增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金在200℃下的拉伸曲线。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
如无特别说明，实施例中所采用的原料均为商业购买。
以下实施例所涉及的高温拉伸试验，升温速度为10℃/min，拉伸前保温半小时以实现热平衡。
实施例1
配置增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：2wt％；Ni：2wt％；Mn：2wt％；Cr：2wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
上述合金粉末制备方法如下：
(1)真空熔炼，按各元素质量比称取金属块原料置于真空感应炉中加热熔炼为预合金，熔炼温度为800℃，气压为0.6MPa；
(2)雾化制粉，将上述预合金转入雾化罐内，利用氩气对金属熔滴进行雾化，雾化气压为8MPa，得到预合金粉末；
(3)机械筛分，对上述预合金粉进行过目筛分处理，得到粒径范围为15～53μm的金属粉末；
(4)保温干燥，将筛分后的粉末放入干燥箱，保温时间12小时，保温温度为90℃，得到打印所需原料粉末，其粉末形貌如图1所示。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为350W，扫描速度为1000mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°；得到多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金构件。
所得构件显微组织如图2所示，合金扫描图如图3所示，无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为527MPa，断裂伸长率超过9.0％；合金在200℃下的拉伸曲线如图4所示，200℃下抗拉强度为395MPa，300℃下抗拉强度达329MPa，断裂伸长率超7.0％。平均硬度达168HV0.5。
对上述试样进行热处理：热处理温度为325℃，保温时间为6h，经热处理后，室温抗拉强度提升达到546MPa。
实施例2
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：2.5wt％；Ni：2.5wt％；Mn：2.5wt％；Cr：2.5wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为350W，扫描速度为1000mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°
所得构件无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为515MPa，断裂伸长率为8.5％，200℃下抗拉强度为368MPa，300℃下抗拉强度达307MPa，断裂伸长率为6.3％。平均硬度达162HV0.5。
实施例3
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：3wt％；Ni：3wt％；Mn：3wt％；Cr：3wt％；Zr：0.9wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为350W，扫描速度为1000mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°
所得构件无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为481MPa，断裂伸长率为7.2％，200℃下抗拉强度为322MPa，300℃下抗拉强度达269MPa，断裂伸长率为5.0％。平均硬度达154HV0.5。
实施例4
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：1.5wt％；Ni：1.5wt％；Mn：1.5wt％；Cr：1.5wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为350W，扫描速度为1000mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°。
所得构件无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为518MPa，断裂伸长率为9.5％，200℃下抗拉强度为346MPa，300℃下抗拉强度达292MPa，断裂伸长率为7.5％。平均硬度达151HV0.5。
实施例5
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：1wt％；Ni：1wt％；Mn：1wt％；Cr：1wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为350W，扫描速度为1000mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°。
所得构件无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为492MPa，断裂伸长率超过10.2％，200℃下抗拉强度为337MPa，300℃下抗拉强度达283MPa，断裂伸长率超过9％。平均硬度达157HV0.5。
实施例6
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：2wt％；Ni：2wt％；Mn：1wt％；Cr：1wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为350W，扫描速度为1000mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°。
所得构件无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为521MPa，200℃下抗拉强度为323MPa，300℃下抗拉强度达280MPa。平均硬度达161HV0.5。
实施例7
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：1wt％；Ni：1wt％；Mn：2wt％；Cr：2wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为350W，扫描速度为1000mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°。
所得构件无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为472MPa，200℃下抗拉强度为304MPa，300℃下抗拉强度达262MPa。平均硬度达153HV0.5。
实施例8
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：1.5wt％；Ni：1.5wt％；Mn：2wt％；Cr：2wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为350W，扫描速度为1000mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°。
所得构件无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为491MPa，200℃下抗拉强度为312MPa，300℃下抗拉强度达269MPa。平均硬度达157HV0.5。
实施例9
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：2wt％；Ni：2wt％；Mn：2wt％；Cr：2wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为400W，扫描速度为1000mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°。
所得构件无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为476MPa。
实施例10
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：2wt％；Ni：2wt％；Mn：2wt％；Cr：2wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为350W，扫描速度为800mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°。
所得构件无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为473MPa。
实施例11
将实施例1得到的多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金构件试样分别进行如下热处理实验。
(1)热处理温度为275℃，保温时间为6h；经热处理后，室温抗拉强度为531MPa。
(2)热处理温度为375℃，保温时间为6h；经热处理后，室温抗拉强度为508MPa。
(3)热处理温度为325℃，保温时间为8h；经热处理后，室温抗拉强度为535MPa。
(4)热处理温度为325℃，保温时间为10h；经热处理后，室温抗拉强度为519MPa。
对比例1
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：2wt％；Ni：2wt％；Mn：2wt％；Cr：2wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为250W，扫描速度为1000mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°。
所得构件无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为363MPa。
对比例2
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：2wt％；Ni：2wt％；Mn：2wt％；Cr：2wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为300W，扫描速度为1000mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°。
所得构件无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为453MPa。
对比例3
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：2wt％；Ni：2wt％；Mn：2wt％；Cr：2wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为450W，扫描速度为1000mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°。
所得构件无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为398MPa。
对比例4
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：2wt％；Ni：2wt％；Mn：2wt％；Cr：2wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为350W，扫描速度为1200mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°。
所得构件无明显裂纹，无明显孔洞缺陷，致密度高；热稳定性能高。通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度为465MPa。
对比例5
配置本发明所述增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金成分，按质量分数计，包括下述组分：Fe：4wt％；Ni：4wt％；Mn：2wt％；Cr：2wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
采用与实施例1相同的制备方法得到打印所需原料粉末。
以上粉末进行3D打印的激光参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为350W，扫描速度为1000mm/min，层厚为0.02mm，扫描间距为0.2mm，层间转角67°。
所得构件开裂现象严重，通过对零部件的力学性能测试可以发现，室温下抗拉强度仅为324MPa。
本发明公开了一种增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金及其制备方法，所述金属粉末以质量百分比计，由以下组分组成：Fe：0.9～3.5wt％；Ni：0.9～3.5wt％；Mn：0.9～3.5wt％；Cr：0.9～3.5wt％；Zr：0.6～2.5wt％；其余为Al。将上述粉末熔炼、雾化后制得预合金粉末，经增材制造所得产品组织细小均匀，无裂纹，几乎无孔洞缺陷，机械性能及热稳定性能优异，室温下抗拉强度为470～527MPa，断裂伸长率超过7～11％；200℃下抗拉强度为310～395MPa；300℃下抗拉强度为250～329MPa，断裂伸长率超5～9％；平均硬度为151～168HV0.5。经热处理后，抗拉强度进一步提高至546MPa。
在增材制造特有的快速凝固和非平衡凝固条件下，所述Al合金中用于改性的合金元素共同作用在于，可形成具有良好热稳定性的强化相，且强化相可在合金中产生一定的钉扎作用，从而提升合金在中高温环境下的稳定性和力学性能。此外，由于不同原子之间的相互作用及晶格畸变，对原子的有效扩散速率产生影响，产生微弱的迟滞扩散效应，从而降低合金在高温时的晶粒粗化及再结晶趋势，提高其热稳定性。Fe、Ni元素的共同作用在于其在Al合金中缓慢的扩散效应，在最佳的工艺参数下，快速凝固可促进共晶Al9FeNi相均匀分布，促进组织的细化，产生沉淀强化效应，Al9FeNi相在300℃下仍具有良好的热稳定性，由此提升Al合金在300-400℃下的热稳定性。Fe、Mn元素的作用在于形成Al6M(Mn、Fe)弥散质点，提高再结晶温度，显著细化再结晶晶粒。Cr、Zr元素作用在于，利用增材制造技术快速凝固特性，在非平衡凝固条件下固溶在Al合金中，形成多相固溶体结构，有效细化晶粒尺寸并产生一定的固溶强化。
此外，以上几种元素相互作用还可产生新的强化耐热化效果，进一步提升了所述Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金的力学性能和耐热性。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金，其特征在于：按质量分数计，所述合金由以下组分组成：Fe：0.9～3.5wt％；Ni：0.9～3.5wt％；Mn：0.9～3.5wt％；Cr：0.9～3.5wt％；Zr：0.6～2.5wt％；其余为Al。
2.如权利要求1所述的增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金，其特征在于：按质量分数计，所述合金由以下组分组成：Fe：2wt％；Ni：2wt％；Mn：2wt％；Cr：2wt％；Zr：1wt％；其余为Al。
3.如权利要求1所述的增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金，其特征在于：所述合金具有如下特性：
(a)室温下抗拉强度为470～527MPa，断裂伸长率为7～11％；
(b)200℃下抗拉强度为310～395MPa；
(c)300℃下抗拉强度为250～329MPa，断裂伸长率为5～9％；
(d)平均硬度为151～168HV0.5。
4.如权利要求1～3中任一项所述的增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金的制备方法，其特征在于：包括，
按照质量分数计准备金属原料，经真空熔炼、雾化制粉后制备得到预合金粉末；
将所述预合金粉末经机械筛分、保温干燥后进行3D打印。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述真空熔炼，熔炼温度为650～900℃，气压为0.5～0.6MPa。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述雾化制粉，在氩气氛围下进行，气雾化压力为7.5～8.5MPa。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述经机械筛分，筛分后平均粒径为15～53μm。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述进行3D打印，成形参数为：基板预热温度为200℃，激光扫描功率为200～400W，扫描速度为800～1200W，层厚为0.02～0.05mm，扫描间距为0.1～0.2mm，层间转角67°。
9.如权利要求4～8中任一项所述的制备方法，其特征在于：还包括，经增材制造后，对3D打印的合金进行热处理保温退火。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述热处理温度为300～325℃，加温速度为50℃/min，保温时间为5～8h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310764624.XA CN117210722A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310764624.XA CN117210722A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117210722A true CN117210722A (zh) | 2023-12-12 |
Family
ID=89046870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310764624.XA Pending CN117210722A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117210722A (zh) |
-
2023
- 2023-06-26 CN CN202310764624.XA patent/CN117210722A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1256004C (zh) | 由铁铝金属化合物合金制成的电阻加热元件 | |
| EP4134459A1 (en) | Nickel-based superalloy and manufacturing method therefor, and component and application | |
| CN110218897B (zh) | 一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法 | |
| CN110711862B (zh) | 一种6系铝合金的3d打印专用合金的制备方法 | |
| CN110788340B (zh) | 一种4d打印铜基形状记忆合金的制备方法及4d打印铜基形状记忆合金 | |
| CN106435282A (zh) | 一种钴基高温合金及其制备方法 | |
| CN112045183A (zh) | 一种采用激光熔覆成形制备ods强化耐热铝合金的方法 | |
| CN114939654B (zh) | 一种用于激光增材制造的高熵合金粉末及其制备方法、应用 | |
| CN113604706A (zh) | 一种低密度低膨胀高熵高温合金及其制备方法 | |
| CN113996809A (zh) | 一种TiB2颗粒增强增材制造高强Al-Mg-Sc合金材料的制备工艺 | |
| CN115635097B (zh) | 一种具有稳定胞状组织的高熵合金复合材料及其制备方法 | |
| CN117210722A (zh) | 一种增材制造多组分耐热Al-Fe-Ni-Mn-Cr-Zr合金及其制备方法 | |
| CN114990411B (zh) | 一种高铜含量的3d打印镍钛铜合金及其制备方法 | |
| CN116275010A (zh) | 一种原位氮化物增强3d打印镍基高温合金粉末 | |
| CN115194140A (zh) | Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末及其制备方法和应用 | |
| CN112024869A (zh) | 一种3d打印用smtgh5188球形粉末及其制备方法和应用 | |
| CN110607487A (zh) | ODS-Fe3Al合金、合金制品及其制备方法 | |
| CN101994060B (zh) | 一种Fe-Al-Cr金属间化合物粉末冶金材料及其制备方法 | |
| CN115418524B (zh) | 一种4d打印铜基超弹合金及其制备方法 | |
| CN115287501B (zh) | 激光增材制造用gh3536高温合金粉末及其制备方法 | |
| CN115401214B (zh) | 一种兼具常温与高温抗腐蚀的高熵合金激光增材制备方法 | |
| CN117107121A (zh) | 一种稀土改性增材制造高熵铝基合金粉末、其制备方法、应用及铝基合金 | |
| CN116765409A (zh) | 一种粉末冶金用铌硅合金粉末及其制备方法 | |
| CN117265350A (zh) | 一种航空发动机专用3d打印铝合金粉末、制备方法、其应用和3d打印方法 | |
| CN117921025A (zh) | 一种用于激光熔化成形的Al-Si系合金粉末及其制备和应用 |
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 |