JP2023521915A - 直接エネルギー堆積プロセスによる積層造形用のプリント可能な硬質鉄金属合金 - Google Patents
直接エネルギー堆積プロセスによる積層造形用のプリント可能な硬質鉄金属合金 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023521915A JP2023521915A JP2022562907A JP2022562907A JP2023521915A JP 2023521915 A JP2023521915 A JP 2023521915A JP 2022562907 A JP2022562907 A JP 2022562907A JP 2022562907 A JP2022562907 A JP 2022562907A JP 2023521915 A JP2023521915 A JP 2023521915A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- mpa
- metal part
- hardness
- 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
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 title description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title description 6
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 title description 5
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 title description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 81
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 81
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 11
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000005256 carbonitriding Methods 0.000 claims description 2
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 3
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 3
- 229910000788 1018 steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000473391 Archosargus rhomboidalis Species 0.000 description 1
- 229910000967 As alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009689 gas atomisation Methods 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910021652 non-ferrous alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000009692 water atomization Methods 0.000 description 1
- 238000003963 x-ray microscopy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
-
- 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
- B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
-
- 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
- B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
- B22F10/62—Treatment of workpieces or articles after build-up by chemical means
-
- 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
- B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
- B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
-
- 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
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
- B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
-
- 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
-
- 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
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
- C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
- C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
-
- 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
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
-
- 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
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/10—Auxiliary heating means
- B22F12/17—Auxiliary heating means to heat the build chamber or platform
-
- 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
- B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
- B22F2301/35—Iron
-
- 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
- B22F2304/00—Physical aspects of the powder
- B22F2304/10—Micron size particles, i.e. above 1 micrometer up to 500 micrometer
-
- 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
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
- B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
-
- 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
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
-
- 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
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
- B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
- B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Printing Plates And Materials Therefor (AREA)
Abstract
プリントされた金属部分が提供される。この合金は、６９．２重量％～８９．１重量％のＦｅ、７．２５重量％～１６．０重量％のＣｒ、０．０１重量％～１０．０重量％のＮｂ、０．５重量％～４．０重量％のＭｏ、０．０３重量％～０．４重量％のＣ、および任意でＮｉ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｎ、ＮおよびＢのいずれか１以上の組成を有する。このプリントされた金属部品は、少なくとも１３００ＭＰａの引張強度、少なくとも７００ＭＰａの降伏強度、少なくとも４．０％の伸び率、および少なくとも４５ＨＲＣの硬度を有する。【選択図】図１
Description
関連出願の相互参照
［０００１］この出願は、２０２０年４月１４日に出願された米国仮出願整理番号６３／００９，８１８の利益を主張するものであり、その開示内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
［０００１］この出願は、２０２０年４月１４日に出願された米国仮出願整理番号６３／００９，８１８の利益を主張するものであり、その開示内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
［０００２］この出願は、直接エネルギー堆積型積層造形法または３Ｄプリント法を使用して金属部品を製造する鉄合金組成物に関する。
［０００３］積層造形法は３Ｄプリントとも呼ばれ、通常、材料を層ごとに堆積させて部品を３次元的に「構築」または「プリント」する。この方法による製造には、従来の減法に比べて、通常は製造できない複雑な形状を製造できる、部品製造時間が短い、材料費の節約など、多くの利点がある。
［０００４］金属の３Ｄプリントにはいくつかのプロセスがある。これらのサブセットでは、金属前駆体はワイヤや粉末の形態で、レーザや電子ビームなどの集束エネルギー源を使用して溶融され、その後、造形物の特定の場所に「誘導」されて、そこで「堆積」状態で硬化する。このプロセスは一般に、直接レーザ堆積（ＤＬＤ）、レーザエンジニアネットシェイピング（ＬＥＮＳ）、直接金属堆積（ＤＭＤ）、成形金属堆積（ＳＭＤ）、およびレーザ金属堆積（ＬＭＤ）などの様々な名前で知られる指向性エネルギー堆積法（ＤＥＤ）として知られている。本開示の目的のために、これらのプロセスを、電源に依存しないで全体的にＤＥＤと呼ぶ。
［０００５］１以上の実施形態において、直接エネルギー堆積積層造形法または３Ｄプリント法を使用して製造された場合に、比較的高い硬度、強度、および／または延性を有する金属部品を生成する鉄合金組成物が提供される。これらの特性は、これらの合金の化学組成を調合して、直接エネルギー堆積プロセスで経験する処理条件（すなわち、時間と温度）の存在下で相と微細構造を発達させることによって達成される。
［０００６］１以上の実施形態において、直接エネルギー堆積法による部品の層ごとの構築方法が提供される。合金は、６９．２重量％～８９．１重量％のＦｅ、７．２５重量％～１６．０重量％のＣｒ、０．０１重量％～１０．０重量％のＮｂ、０．５重量％～４．０重量％のＭｏ、０．０３重量％～０．４重量％のＣ、および任意でＮｉ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｎ、ＮおよびＢのいずれか１以上の組成の粉末または粒子の形態で供給される。合金を溶融状態にし、冷却および固化することにより、合金の１以上の層が基質上に適用される。金属部品は、少なくとも１３００ＭＰａの引張強度、少なくとも７００ＭＰａの降伏強度、少なくとも４．０％の伸び率（elongation）、および少なくとも４５ＨＲＣの硬度を有する。
［０００７］別の実施形態によれば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｎ、ＮおよびＢのうちの１以上は任意であり、存在する場合、Ｎｉ（１．５重量％～４．０重量％）、Ｃｕ（０．１重量％～３．０重量％）、Ｓｉ（０．１重量％～１．０重量％）、Ｗ（０．１重量％～６．０重量％）、Ｍｎ（０．４重量％～１．９重量％）、Ｎ（０．０３重量％～１．０重量％）、およびＢ（０．０１重量％～０．０５重量％）の範囲に入る。
［０００８］別の実施形態によれば、層は、２０ミクロン～１０００ミクロンの厚さを有する層である。
［０００９］別の実施形態によれば、金属は、典型的には０．５ｋｇ／ｈｒ～１０ｋｇ／ｈｒ程度の速度で堆積され得る。
［００１０］１以上の実施形態において、プリントされた金属部品が提供される。この合金は、６９．２重量％～８９．１重量％のＦｅ、７．２５重量％～１６．０重量％のＣｒ、０．０１重量％～１０．０重量％のＮｂ、０．５重量％～４．０重量％のＭｏ、０．０３重量％～０．４重量％のＣ、および任意でＮｉ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｎ、Ｎ、およびＢのいずれか１以上の組成を有する。プリントされた金属部品は、少なくとも１３００ＭＰａの引張強度、少なくとも７００ＭＰａの降伏強度、少なくとも４．０％の伸び率、および少なくとも４５ＨＲＣの硬度を有する。
［００１１］別の実施形態によれば、プリントされた金属部品は、少なくとも１３００ＭＰａ～最大２２００ＭＰａの引張強度、少なくとも７００ＭＰａ～最大１５００ＭＰａの降伏強度、少なくとも４％から最大２０％の伸び率、および少なくとも４５ＨＲＣから最大５８ＨＲＣの硬度を有する。
［００１２］別の実施形態によれば、合金は、８２．０重量％～８７．０重量％のＦｅ、１０．５重量％～１２．０重量％のＣｒ、１．５重量％～２．５重量％のＮｉ、０．０２重量％～０．０５重量％のＮｂ、０．１重量％～０．６重量％のＣｕ、１．２重量％～１．８重量％のＭｏ、０．１重量％～０．５重量％のＳｉ、０．１５重量％～０．２２重量％のＣ、０．０３重量％～０．０８重量％のＮを有する。
［００１３］別の実施形態によれば、合金は、８２．０重量％～８７．０重量％のＦｅ、１１．０重量％～１３．５重量％のＣｒ、１．５重量％～２．５重量％のＮｉ、０．０２重量％～０．０５重量％のＮｂ、０．１重量％～０．４重量％のＣｕ、１．５重量％～２．１重量％のＭｏ、０．１重量％～０．５重量％のＳｉ、０．１７重量％～０．２５重量％のＣ、０．０２重量％～０．０６重量％のＮを有する。
［００１４］別の実施形態によれば、合金は７９．０重量％～８３．０重量％のＦｅ、１０．５重量％～１２．０重量％のＣｒ、２．８重量％～３．８重量％のＮｉ、０．０４重量％～０．０８重量％のＮｂ、０．１重量％～０．６重量％のＣｕ、２．５重量％～３．５重量％のＭｏ、０．１重量％～０．５重量％のＳｉ、０．１重量％～１．０重量％のＷ、０．２０重量％～０．２５重量％のＣ、０．０５重量％～０．１３重量％のＮを有する。
［００１５］別の実施形態によれば、合金は、７９．０重量％～８３．０重量％のＦｅ、７．７重量％～９．０重量％のＣｒ、１．５重量％～２．５重量％のＮｉ、０．０４重量％～０．０８重量％のＮｂ、１．２重量％～１．８重量％のＭｏ、４．１重量％～５．５重量％のＷ、０．４重量％～１．１重量％のＭｎ、０．１５重量％～０．２２重量％のＣ、０．０５重量％～０．１３重量％のＮ、０．０１重量％～０．０５重量％のＢを有する。
［００２４］必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示されるが、開示された実施形態は本発明の単なる例示であり、様々な代替形態で具現化できることを理解されたい。図面は必ずしも縮尺通りではなく、一部の特徴は、特定の構成要素の詳細を示すために誇張または最小化されている場合がある。したがって、本明細書に開示される特定の構造的および機能的詳細は、限定として解釈されるべきではなく、本発明を様々に実施することを当業者に教示するための代表的な根拠としてのみ解釈されるべきである。
［００２５］金属３Ｄプリントの指向性エネルギー堆積（ＤＥＤ）プロセスでは、供給ノズルを使用して粉末をエネルギー源に送り込むことができる。これにより、ＤＥＤは、パウダーベッドを使用する積層造形プロセスよりも高速なプリント速度で、比較的大型の製品を製造することができる。高い生産性に加えて、ＤＥＤの利点には、以前に製造された部品の被覆や修復、および複数材料部品の作成が含まれ得る。
［００２６］ＤＥＤプロセスでは、処理中に特定の条件を利用することもできる。例えば、持続的なベースラインの高温、周期的な熱的変動、急速な冷却速度などを利用して、独自の特性をもたらす望ましい相と微細構造を形成および展開することができる。３１６Ｌ、１７－４ＰＨ、Ｈ１３、Ｍ３００などのＤＥＤシステムでは、歴史的に鍛造または鋳造鋼合金を使用できるが、これらはＤＥＤプロセスを考慮して開発されたものではない。したがって、現在の鍛造合金または鋳造合金と同等またはそれ以上の機械的特性を達成できるＤＥＤ専用の新しい鋼合金組成を開発する契機がある。
［００２７］本出願は、直接エネルギー堆積法（ＤＥＤ）によるプリント適性と機械的特性の組み合わせを示す金属合金組成物を開示する。具体的には、金属合金組成物は、アズビルト（as-built）状態で比較的高い硬度（４５ＨＲＣ～５８ＨＲＣ）、比較的高い強度（７００ＭＰａ～１５００ＭＰａの降伏強度、１３００ＭＰａ～２２００ＭＰａの引張強度）、および／または比較的高い延性（４％～２０％の伸び率）を有し得る。
［００２８］ＤＥＤベースの積層造形において、本書におけるプリント適性とは、ＤＥＤマシンで金属合金をプリントする能力を指す。このプリンティングは、プロセス温度や時間の上昇といったプロセスを妨げる条件を課すことなく、クラックや多孔性など特定の用途でのプリント部品の使用を損なうような欠陥なく達成することができる。「アズビルト」状態とは、ＤＥＤマシンによって製造された状態として定義され、熱処理などの微細構造を操作するプリント後処理がない状態であり得る。「熱処理された」状態とは、プリントされた金属を熱処理して微細構造を変化させ、特定の特性を実現した後の状態を指す。
［００２９］本開示は、６９．２重量％～８９．１重量％のＦｅ、７．２重量％～１６．０重量％のＣｒ、最大４．０重量％のＮｉ、０．０１重量％～１０．０重量％のＮｂ、最大３．０重量％のＣｕ、０．５重量％～４．０重量％のＭｏ、最大１．０重量％のＳｉ、最大６．０重量％のＷ、最大１．９重量％のＭｎ、０．０３重量％～０．４重量％のＣ、最大１．０重量％のＮ、および最大０．２５重量％のＢ、の濃度の元素を含む合金に関する。したがって、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｎ、ＮおよびＢは任意であり、存在する場合、Ｎｉ（１．５重量％～４．０重量％）、Ｃｕ（０．１重量％～３．０重量％）、Ｓｉ（０．１重量％～１．０重量％）、Ｗ（０．１重量。％～６．０重量％）、Ｍｎ（０．４重量％～１．９重量％）、Ｎ（０．０３重量％～１．０重量％）およびＢ（０．０１重量％～０．０５重量％）の範囲であり得る。
［００３０］１以上の実施形態において、合金は、環境、健康および安全（ＥＨ＆Ｓ）リスクを低くするために、Ｃｏを含まない。すなわち、Ｃｏのレベルは０．１重量％未満であり得る。別の実施形態では、そのレベルは０．０５重量％未満である。いくつかの実施形態は、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）またはホウ素（Ｂ）を含まなくてもよい。いくつかの実施形態はＷを含み、いくつかの実施形態はＭｎを含み、いくつかの実施形態はＷとＭｎの両方を含み、いくつかの実施形態はＢを含む。
［００３１］表１に、本開示による合金の実施形態の例を示す。
［００３２］合金は、従来の方法で製造された粒子の形態でＤＥＤプロセスに供給され得る。粒子は、ガスまたは水噴霧プロセスで、前者については窒素ガスまたはアルゴンガスのいずれかを用いて生成することができる。粒子は、１ミクロン～５００ミクロンの直径を有し得る。別の実施形態では、粒子は、１０ミクロン～３００ミクロンの直径を有し得る。さらなる実施形態では、粒子は、４５ミクロン～２５０ミクロンの範囲の直径を有し得る。
［００３３］ＯＰＴＯＭＥＣ（登録商標）ＬＥＮＳ（商標）８５０－Ｒなどの市販のＤＥＤマシンを使用して、本明細書の金属合金からＤＥＤ部品を製造することができる。これらの部品は、アルゴンガスなどの不活性雰囲気で製造することができる。部品は、８００℃に予熱された基質上に構築され得る。別の実施形態では、基質を５０℃～２００℃に予熱してもよい。別の実施形態では、基質を５０℃～１００℃に予熱してもよい。さらに、基質の予熱を採用しなくてもよい。金属基質は、１０１８鋼で構成することができる。しかしながら、他の鋼や非鉄合金を基材として使用してもよい。
［００３４］本明細書のＤＥＤ手順は、それぞれが２０ミクロン以上の厚さを有する合金の個々の層の積み重ねを企図している。一実施形態では、合金の個々の層はそれぞれ２０～２０００ミクロンの厚さを有する。別の実施形態では、合金の個々の層はそれぞれ４０～１０００ミクロンの厚さを有する。別の実施形態では、合金の個々の層はそれぞれ１００～８００ミクロンの厚さを有する。
［００３５］ビーム径は０．１ｍｍ～５０ｍｍであり得る。別の実施形態では、ビーム径は０．４ｍｍ～１０ｍｍであり得る。別の実施形態では、ビーム径は０．６ｍｍ～４ｍｍであり得る。
［００３６］プリントノズルの書き込み速度は２．５～２５０ｃｍ／分の速度を有し得る。別の実施形態では、印刷ノズルは５０～１５０ｃｍ／分の書き込み速度を有する。別の実施形態では、印刷ノズルは７５～１０５ｃｍ／分の書き込み速度を有する。
［００３７］この製造方法は、酸素含有量が５０ｐｐｍ以下の雰囲気中で金属粉末を溶融することによって堆積させることを含む。別の実施形態では、雰囲気は、４０ｐｐｍ以下の酸素含有量、または３０ｐｐｍ以下の酸素、または２０ｐｐｍ以下の酸素、または１０ｐｐｍ以下の酸素、または５ｐｐｍ以下の酸素、または１．０以下ｐｐｍの酸素であってよく、それを室温または５０℃～８００℃に予熱した基質上の指定の場所に導入し、そこで固化させる。一実施形態では、酸素レベルが０．１ｐｐｍ～５０ｐｐｍであってもよいことが企図される。別の実施形態では、酸素レベルは０．１ｐｐｍ～１０ｐｐｍであり得る。別の実施形態では、酸素レベルは０．１ｐｐｍ～５．０ｐｐｍであり得る。別の実施形態では、酸素レベルは０．１ｐｐｍ～２．５ｐｐｍであり得る。
［００３８］気孔やクラックなどの欠陥は部品の性能に悪影響を与えるため、ＤＥＤプロセスを使用してこれらの合金から製造されたアズビルト部品の欠陥を最小限に抑えることが望ましい。具体的には、部品の平均気孔率は１．０％未満であり得る。別の実施形態では、部品の平均気孔率は０．５％未満であり得る。別の実施形態では、部品の平均気孔率は０．３％未満であり得る。図１に示す断面光学顕微鏡写真において、ＯＰＴＯＭＥＣ（登録商標）ＬＥＮＳ（商標）８５０－Ｒによる合金Ａ１で作製された部品は、気孔が少なくクラックがないことがわかる。この部品は、予熱なしで１０１８鋼基質上に厚さ０．５ｍｍ～１ｍｍの厚さの層を使用して、２５ｍｍの高さに作られている。ＡＳＴＭ Ｅ１２４５－０３（２０１６）による測定では、部品の金属組織断面を５０倍で撮影した顕微鏡写真の光学画像解析により、平均気孔率は０．２２％である。
［００３９］表２は、従来の市販の鋼合金から製造されたアズビルト部品と比較した、ＤＥＤを用いた本明細書の表１に記載された合金Ａ１、Ａ２、Ａ３、およびＡ４の機械的特性を示す。合金Ａ１、Ａ２、Ａ３、およびＡ４の特性は、ＯＰＴＯＭＥＣ（登録商標）ＬＥＮＳ（商標）８５０－Ｒを使用して、余熱なしで１０１８基質上に０．５～１ｍｍの層を使用して高さ２５ｍｍまで構築された部品で測定された。本明細書に記載の合金Ａ１は、３１６Ｌ、Ｍ３００、１７－４ＰＨ、およびＨ１３など、ＤＥＤを使用して製造された現在入手可能な鋼を超える降伏強度と引張強度を示すことを理解されたい。さらに、合金Ａ１は、現在入手可能な鋼には存在しない高強度と伸び率（つまり延性）の組み合わせを有する。
［００４０］表２に見られるように、本明細書に記載の合金は、アズビルト状態で少なくとも１３００ＭＰａの高い引張強度を有する。別の実施形態では、アズビルト状態の合金は少なくとも１５００ＭＰａの引張強度を有し得る。別の実施形態では、アズビルト状態の合金は少なくとも１６００ＭＰａの引張強度を有し得る。別の実施形態では、アズビルト状態の合金は１３００ＭＰａ～２２００ＭＰａの引張強度を有し得る。別の実施形態では、アズビルト状態の合金は１６００ＭＰａ～２１００ＭＰａの引張強度を有し得る。
［００４１］この合金は、高い降伏強度と組み合わせて高い引張強度を実現する。一実施形態では、降伏強度は少なくとも７００ＭＰａである。別の実施形態では、降伏強度は少なくとも９００ＭＰａである。別の実施形態では、合金は、７００ＭＰａ～１５００ＭＰａの降伏強度を有し得る。
［００４２］これらの引張強度と降伏強度は、少なくとも４％の伸び率と組み合わせでも達成される。別の実施形態では、伸び率は少なくとも５％であり得る。別の実施形態では、伸び率は４％～２０％であり得る。別の実施形態では、伸び率は４％～１７％であり得る。
［００４３］この引張強度、降伏強度、および伸び率は、少なくとも４５ＨＲＣの硬度（ＨＲＣ）との組み合わせで達成される。別の実施形態では、硬度は少なくとも５０ＨＲＣであり得る。別の実施形態では、硬度は４５ＨＲＣ～５８ＨＲＣであり得る。別の実施形態では、本明細書の硬度は５０ＨＲＣ～５８ＨＲＣであり得ることが企図される。
［００４４］したがって、本明細書の合金は、少なくとも１３００ＭＰａの引張強度、少なくとも７００ＭＰａの降伏強度、少なくとも４％の伸び率、および少なくとも４５ＨＲＣの硬度を有し得るものであることを理解されたい。引張強度、降伏強度、伸び率、および硬度の他の組み合わせは、引張強度、降伏強度、伸び率、および硬度の個々の好ましいレベルからアズビルト部品において実現することができる。
［００４５］表２は、高い降伏強度と引張強度と硬度を有する本発明による合金を示している。例えば、一実施形態では、合金Ａ１の金属部分は、少なくとも１４００ＭＰａの引張強度を有する。合金Ａ１は、少なくとも１０００ＭＰａの降伏強度を有し得る。合金Ａ１は、少なくとも１０．０％の伸び率を有し得る。合金Ａ１は、少なくとも４６ＨＲＣの硬度を有し得る。一実施形態では、合金Ａ２の金属部分は、少なくとも１３００ＭＰａの引張強度を有する。合金Ａ２は、少なくとも８００ＭＰａの降伏強度を有し得る。合金Ａ２は、少なくとも４％の伸び率を有し得る。合金Ａ２は、少なくとも４６ＨＲＣの硬度を有し得る。一実施形態では、合金Ａ３の金属部分は、少なくとも１６００ＭＰａの引張強度を有する。合金Ａ３は、少なくとも７００ＭＰａの降伏強度を有し得る。合金Ａ３は、少なくとも６％の伸び率を有し得る。合金Ａ３は、少なくとも４８ＨＲＣの硬度を有し得る。一実施形態では、合金Ａ４の金属部分は、少なくとも１７００ＭＰａの引張強度を有する。合金Ａ４は、少なくとも７００ＭＰａの降伏強度を有し得る。合金Ａ４は、少なくとも８％の伸び率を有し得る。合金Ａ４は、少なくとも４９ＨＲＣの硬度を有し得る。
［００４６］図４に見られる合金Ａ１から作られた部品のＸ線回折（ＸＲＤ）スペクトルは、アズビルト構造にマルテンサイト／フェライト（ＢＣＣ）相とオーステナイト（ＦＣＣ）相が存在する証拠である。Ｘ線回折スペクトルは、ＢｒｕｋｅｒＤ５０００Ｘ線回折計を用いて、ＣｕＫα放射線を用いて収集された。マルテンサイト／フェライトおよびオーステナイトはまた、図２および図３に見られるように、光学および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって収集された微細構造の顕微鏡写真で観察される。この部品は、ＯＰＴＯＭＥＣ（登録商標）ＬＥＮＳ（商標）８５０－Ｒを使用して、余熱なしで１０１８基質上に０．５～１ｍｍの層を使用して高さ２５ｍｍまで構築された。
［００４７］図５は、Ｔｈｅｒｍｏ－Ｃａｌｃソフトウェア（Ｔｈｅｒｍｏ－Ｃａｌｃ Ｓｏｆｔｗａｒｅ，Ｉｎｃ．、バージョン２０１８ｂ、ＴＣＦＥ９：ＴＣＳ Ｓｔｅｅｌｓ／Ｆｅ－ａｌｌｏｙｓ Ｄａｔａｂａｓｅ、ｖ９）によって生成された合金Ａ１の平衡状態図である。ＸＲＤおよび顕微鏡データと一致して、状態図は、構造内の主要相が好ましくは体心立方（ＢＣＣ）相および面心立方（ＦＣＣ）相であることを予測する。また、凝固中および／またはプリントプロセス中の後続層および隣接層の堆積による反復加熱サイクル中に形成されると考えられるいくつかの二次相も予測される。これらの相は相図から、様々な炭化物、窒化物、および炭窒化物であると予測される。図７および図８にそれぞれ見られる、合金Ａ２、Ａ３、およびＡ４について生成された平衡状態図も、合金Ａ１と同様の第一相と第二相の構造を予測している。場合によっては、類似または異なる二次炭化物、窒化物、および炭窒化物が存在する。
［００４８］一次相と二次相の組み合わせが、ＤＥＤプロセスで現在利用可能な鋼合金と比較して、本明細書に記載の合金Ａ１、Ａ２、Ａ３、およびＡ４の測定された高い強度、硬度、および延性（例えば伸び率）に寄与していると考えられる。これらの相は、ＤＥＤプロセスに固有の化学および処理条件によって管理される。
［００４９］図５、図６、図７、図８の計算された平衡状態図に基づいて、これらの合金は、従来の焼入れおよび焼戻しプロセスによって熱処理され、特性を向上および／または変更できると考えられる。合金Ａ１、Ａ２、Ａ３、およびＡ４では、合金を１０００℃以上、ただし固相線温度未満に加熱すると、二次相およびオーステナイト相（ＦＣＣ）の形成のすべてではないにしても、９９％（モル分率）以上が溶解する。焼入れおよび焼き戻しプロセスでは、これは合金の溶体化またはオーステナイト化として知られている。一定時間溶体化した後、オーステナイトからマルテンサイトへの変換を促し、二次相の形成を防止または制限するために、合金を室温まで急冷する。その後、合金を室温と溶体化温度の間の温度に加熱して残留応力を低減し、選択した二次相を形成し、焼戻しまたはエイジングとして知られるステップで、これらの相を特定のサイズに成長させて目的の特性を最適化する。
［００５０］さらに、これらの合金は、窒化、浸炭、および浸炭窒化などの表面処理を施したり、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ法などの従来の方法によってコーティングを施すことができることがさらに考えられる。このようなプロセスおよび方法は、特定の用途で所望の性能を得るために、鋼または部品の表面で局所的に特性を増強するために、産業界で鋼に一般的に使用されている。
［００５１］例示的な実施形態について上述したが、これらの実施形態が本発明のすべての可能な形態を説明することは意図されていない。むしろ、明細書で使用される用語は限定ではなく説明の用語であり、本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な変更が可能であることが理解される。さらに、様々な実施形態の特徴を組み合わせて、本発明のさらなる実施形態を構成することができる。
Claims (20)
- 直接エネルギー堆積による金属部品の層ごとの構築方法であって、
６９．２重量％～８９．１重量％のＦｅ、７．２５重量％～１６．０重量％のＣｒ、０．０１重量％～１０．０重量％のＮｂ、０．５重量％～４．０重量％のＭｏ、０．０３重量％～０．４重量％のＣ、および任意でＮｉ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｎ、ＮおよびＢのいずれか１以上の元素を含む粒子形態の合金を供給するステップと、
基質を供給するステップと、
前記合金を溶融状態に溶融し、冷却および固化することにより、前記基質上に前記合金の１以上の層を適用するステップとを含み、
前記金属部品は、少なくとも１３００ＭＰａの引張強度、少なくとも７００ＭＰａの降伏強度、少なくとも４．０％の伸び率、および少なくとも４５ＨＲＣの硬度の特性を有することを特徴とする方法。 - 前記層が２０ミクロン～１０００ミクロンの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
- 前記合金が、８２．０重量％～８７．０重量％のＦｅ、１０．５重量％～１２．０重量％のＣｒ、１．５重量％～２．５重量％のＮｉ、０．０２重量％～０．０５重量％のＮｂ、０．１重量％～０．６重量％のＣｕ、１．２重量％～１．８重量％のＭｏ、０．１重量％～０．５重量％のＳｉ、０．１５重量％～０．２２重量％のＣ、および０．０３重量％～０．０８重量％のＮを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記合金が、８２．０重量％～８７．０重量％のＦｅ、１１．０重量％～１３．５重量％のＣｒ、１．５重量％～２．５重量％のＮｉ、０．０２重量％～０．０５重量％のＮｂ、０．１重量％～０．４重量％のＣｕ、１．５重量％～２．１重量％のＭｏ、０．１重量％～０．５重量％のＳｉ、０．１７重量％～０．２５重量％のＣ、および０．０２重量％～０．０６重量％のＮを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記合金が、７９．０重量％～８３．０重量％のＦｅ、１０．５重量％～１２．０重量％のＣｒ、２．８重量％～３．８重量％のＮｉ、０．０４重量％～０．０８重量％のＮｂ、０．１重量％～０．６重量％のＣｕ、２．５重量％～３．５重量％のＭｏ、０．１重量％～０．５重量％のＳｉ、０．１重量％～１．０重量％のＷ、０．２０重量％～０．２５重量％のＣ、および０．０５重量％～０．１３重量％のＮを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記合金が、７９．０重量％～８３．０重量％のＦｅ、７．７重量％～９．０重量％のＣｒ、１．５重量％～２．５重量％のＮｉ、０．０４重量％～０．０８重量％のＮｂ、１．２重量％～１．８重量％のＭｏ、４．１重量％～５．５重量％のＷ、０．４重量％～１．１重量％のＭｎ、０．１５重量％～０．２２重量％のＣ、０．０５重量％～０．１３重量％のＮ、および０．０１重量％～０．０５重量％のＢを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記基質が８００℃以下の温度に加熱される、請求項１に記載の方法。
- 前記金属部品が、９００℃以上の温度で溶体化され、その後に急冷される、請求項１に記載の方法。
- 前記金属部品が室温以上の温度で焼き戻される、請求項７に記載の方法。
- 前記金属部品が、浸炭、窒化、浸炭窒化、およびコーティングの堆積を含む表面構造および特性を変更するプロセスを受ける、請求項１に記載の方法。
- プリントされた金属部品であって、
６９．２重量％～８９．１重量％のＦｅ、７．２５重量％～１６．０重量％のＣｒ、０．０１重量％～１０．０重量％のＮｂ、０．５重量％～４．０重量％のＭｏ、０．０３重量％～０．４重量％のＣ、および任意でＮｉ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｎ、ＮおよびＢのいずれか１以上を含み、
少なくとも１３００ＭＰａの引張強度、少なくとも７００ＭＰａの降伏強度、少なくとも４．０％の伸び率、および少なくとも４５ＨＲＣの硬度を示すことを特徴とするプリントされた金属部品。 - 前記部品が、２０ミクロン～１０００ミクロンの厚さを有する１以上の層を含む、請求項１１に記載のプリントされた金属部品。
- 前記合金が、８２．０重量％～８７．０重量％のＦｅ、１０．５重量％～１２．０重量％のＣｒ、１．５重量％～２．５重量％のＮｉ、０．０２重量％～０．０５重量％のＮｂ、０．１重量％～０．６重量％のＣｕ、１．２重量％～１．８重量％のＭｏ、０．１重量％～０．５重量％のＳｉ、０．１５重量％～０．２２重量％のＣ、および０．０３重量％～０．０８重量％のＮを含む、請求項１１に記載のプリントされた金属部品。
- 前記金属部品が、少なくとも１４００ＭＰａの引張強度、少なくとも１０００ＭＰａの降伏強度、少なくとも１０．０％の伸び率を有する、請求項１３に記載のプリントされた金属部品。
- 前記合金が、８２．０重量％～８７．０重量％のＦｅ、１１．０重量％～１３．５重量％のＣｒ、１．５重量％～２．５重量％のＮｉ、０．０２重量％～０．０５重量％のＮｂ、０．１重量％～０．４重量％のＣｕ、１．５重量％～２．１重量％のＭｏ、０．１重量％～０．５重量％のＳｉ、０．１７重量％～０．２５重量％のＣ、および０．０２重量％～０．０６重量％のＮを含む、請求項１１に記載のプリントされた金属部品。
- 前記金属部品が、少なくとも１３００ＭＰａの引張強度、少なくとも８００ＭＰａの降伏強度、および少なくとも４６ＨＲＣの硬度を有する、請求項１５に記載のプリントされた金属部品。
- 前記合金が、７９．０重量％～８３．０重量％のＦｅ、１０．５重量％～１２．０重量％のＣｒ、２．８重量％～３．８重量％のＮｉ、０．０４重量％～０．０８重量％のＮｂ、０．１重量％～０．６重量％のＣｕ、２．５重量％～３．５重量％のＭｏ、０．１重量％～０．５重量％のＳｉ、０．１重量％～１．０重量％のＷ、０．２０重量％～０．２５重量％のＣ、および０．０５重量％～０．１３重量％のＮを含む、請求項１１に記載のプリントされた金属部品。
- 前記金属部品が、少なくとも１６００ＭＰａの引張強度、および少なくとも４８ＨＲＣの硬度を有する、請求項１７に記載のプリントされた金属部品。
- 前記合金が、７９．０重量％～８３．０重量％のＦｅ、７．７重量％～９．０重量％のＣｒ、１．５重量％～２．５重量％のＮｉ、０．０４重量％～０．０８重量％のＮｂ、１．２重量％～１．８重量％のＭｏ、４．１重量％～５．５重量％のＷ、０．４重量％～１．１重量％のＭｎ、０．１５重量％～０．２２重量％のＣ、０．０５重量％～０．１３重量％のＮ、および０．０１重量％～０．０５重量％のＢを含む、請求項１１に記載のプリントされた金属部品。
- 前記金属部品が、少なくとも１７００ＭＰａの引張強度、および少なくとも４９ＨＲＣの硬度を有する、請求項１９に記載のプリントされた金属部品。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202063009818P | 2020-04-14 | 2020-04-14 | |
| US63/009,818 | 2020-04-14 | ||
| PCT/US2021/027237 WO2021211685A1 (en) | 2020-04-14 | 2021-04-14 | Printable hard ferrous metallic alloys for additive manufacturing by direct energy deposition processes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023521915A true JP2023521915A (ja) | 2023-05-25 |
Family
ID=78084618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022562907A Pending JP2023521915A (ja) | 2020-04-14 | 2021-04-14 | 直接エネルギー堆積プロセスによる積層造形用のプリント可能な硬質鉄金属合金 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230166330A1 (ja) |
| EP (1) | EP4135922A4 (ja) |
| JP (1) | JP2023521915A (ja) |
| CN (1) | CN115605306A (ja) |
| AU (1) | AU2021257835A1 (ja) |
| CA (1) | CA3175537A1 (ja) |
| WO (1) | WO2021211685A1 (ja) |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8479700B2 (en) * | 2010-01-05 | 2013-07-09 | L. E. Jones Company | Iron-chromium alloy with improved compressive yield strength and method of making and use thereof |
| CA2949389C (en) * | 2014-05-16 | 2023-06-20 | The Nanosteel Company, Inc. | Layered construction of metallic materials |
| EP3215289A1 (en) * | 2014-11-03 | 2017-09-13 | Nuovo Pignone S.r.l. | Metal alloy for additive manufacturing of machine components |
| EP3120953A1 (en) * | 2015-07-21 | 2017-01-25 | General Electric Technology GmbH | High temperature nickel-base superalloy for use in powder based manufacturing process |
| EP3371338A2 (en) * | 2015-11-06 | 2018-09-12 | Innomaq 21, S.L. | Method for the economic manufacturing of metallic parts |
| US20170312857A1 (en) * | 2016-05-02 | 2017-11-02 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Methods of additive manufacturing |
| JP7121001B2 (ja) * | 2016-11-01 | 2022-08-17 | ザ・ナノスティール・カンパニー・インコーポレーテッド | 粉末床溶融結合のための３ｄ印刷可能硬質鉄系金属合金 |
| JP6985940B2 (ja) * | 2018-01-09 | 2021-12-22 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 造形用のステンレス鋼粉末 |
-
2021
- 2021-04-14 AU AU2021257835A patent/AU2021257835A1/en active Pending
- 2021-04-14 WO PCT/US2021/027237 patent/WO2021211685A1/en unknown
- 2021-04-14 EP EP21787891.7A patent/EP4135922A4/en active Pending
- 2021-04-14 CN CN202180028912.8A patent/CN115605306A/zh active Pending
- 2021-04-14 CA CA3175537A patent/CA3175537A1/en active Pending
- 2021-04-14 JP JP2022562907A patent/JP2023521915A/ja active Pending
- 2021-04-14 US US17/919,102 patent/US20230166330A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021211685A1 (en) | 2021-10-21 |
| CA3175537A1 (en) | 2021-10-21 |
| AU2021257835A1 (en) | 2022-12-15 |
| EP4135922A1 (en) | 2023-02-22 |
| US20230166330A1 (en) | 2023-06-01 |
| CN115605306A (zh) | 2023-01-13 |
| EP4135922A4 (en) | 2024-04-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Laleh et al. | Heat treatment for metal additive manufacturing | |
| JP7121001B2 (ja) | 粉末床溶融結合のための３ｄ印刷可能硬質鉄系金属合金 | |
| CA2949389C (en) | Layered construction of metallic materials | |
| Chen et al. | Effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of laser additively manufactured AISI H13 tool steel | |
| Aghasibeig et al. | Laser cladding of a featureless iron-based alloy | |
| US20230063455A1 (en) | 3d printable hard ferrous metallic alloys for powder bed fusion | |
| KR102409141B1 (ko) | 계내(in-situ) 금속 매트릭스 복합체(metal matrix composite)의 층상 구조(layered construction) | |
| JP2023521915A (ja) | 直接エネルギー堆積プロセスによる積層造形用のプリント可能な硬質鉄金属合金 | |
| Kim et al. | Microstructure and mechanical properties of carbon-bearing ultrahigh-strength high Co-Ni Steel (AerMet 340) fabricated via laser powder bed fusion | |
| Pandey et al. | Study on the effect of powder feed rate on direct metal deposition layer of precipitation hardened steel | |
| Milewski et al. | Understanding metal for additive manufacturing | |
| US20230349029A1 (en) | Wear resistant boride forming ferrour alloys for powder bed fusion additive manufacturing | |
| WO2020219345A1 (en) | 3d printable hard ferrous metallic alloys for powder bed fusion | |
| JP2022148199A (ja) | Ｆｅ基合金及び金属粉末 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20221114 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20221114 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240329 |