[发明专利]用于粉末基增材制造方法中的γ’沉淀强化的镍基超合金

说明书

本申请涉及借助于例如选择性激光熔融(SLM)或电子束熔融(EBM)的粉末基增材制造来产生三维制品的技术。其涉及镍基超合金粉末，其中所述超合金粉末具有允许在热处理条件下在所述超合金中确立60‑70体积%的γ'沉淀含量的化学组成。其特征在于所述粉末具有10‑100μm的粉末尺寸分布和球形形态并且合金元素C、B、Hf、Zr、Si的含量(重量%)之比如下：C/B=10‑32；C/Hf>2；C/Zr>8；C/Si>1。一个优选的实施方案由以下化学组分(重量%)组成：7.7‑8.3 Cr；5.0‑5.25 Co；2.0‑2.1 Mo；7.8‑8.3 W；5.8‑6.1 Ta；4.7‑5.1 Al；1.1‑1.4 Ti；0.08‑0.16 C；0.005‑0.008 B；0‑0.04 Hf；0‑0.01 Zr；0‑0.08 Si；剩余部分为Ni和不可避免的杂质。

发明领域

本发明涉及借助于例如选择性激光熔融(SLM)或电子束熔融(EBM)的粉末基增材制造产生三维制品的技术。具体地讲，涉及用于制造近无裂部件的含有Ni基超合金粉末的高抗氧化性且含高γ'沉淀的镍基超合金粉末。所述超合金粉末由允许在热处理条件下在所述超合金中确立60-70体积%的γ'沉淀含量的化学组分组成。

背景技术

已知具有约大于5重量%的Al和Ti的相加分数的γ'沉淀强化的镍基超合金由于它们的微裂敏感性而很难焊接。在例如IN738LC、MARM-M 247、CM247LC的那些超合金的焊接期间的微裂归于沉淀物或低熔点共晶体在热影响区(heat affected zone, HAZ)中的熔解、在随后的热处理中的失延裂纹(ductility dip cracking, DDC)或应变时效裂纹。

在文献：B. Geddes, H. Leon, X. Huang: Superalloys, Alloying andperformance (超合金，合金与性能), ASM International, 2010, 71-72页中，作者将超合金的可焊性线近似地描述为约[2倍Al浓度(重量%) + Ti浓度(重量%)] < 6.0，这意味着具有大于6重量%的[2倍Al (重量%) + Ti(重量%)]的Ni基超合金定义为难以焊接的材料。凝固和晶界熔解开裂在焊接过程期间发生，而焊接后热处理常导致在γ' Ni₃(Al,Ti)沉淀强化合金中的应变时效开裂。

因此，大多数固溶体强化的镍基超合金(例如，IN625)或具有少量Al和Ti的γ'强化的镍基超合金(例如，IN718)至今仍通过SLM或EBM加工。

与相同合金的常规铸造材料相比较，SLM产生的制品具有不同的微观结构。这主要归因于粉末基逐层制品制造和由于在这些工艺中高能束材料相互作用的固有的高冷却速率。由于在SLM期间的极其局部化熔融和所产生的很快的凝固，合金元素的偏析和沉淀物的形成显著减少。与常规堆焊技术相比较，这引起对开裂的敏感性减小。因此，SLM允许例如含有高Al+Ti的合金(例如，IN738LC/CM247LC)的难焊接且难以机械加工的材料的近网形状加工。

通过将市售IN738LC粉末用于SLM方法，遗憾的是，在所制造的制品中仍然存在微裂缝。这例如在由Fraunhofer Institute for Laser Technology (J. Risse, C.Golebiewski, W. Meiners, K. Wissenbach: Influence of process management oncrack formation in nickel-based alloy parts (IN738LC) manufactured by SLM,RapidTech, 14./15.05.2013, Erfurt)的报告中证实。据其报道，无裂制品仅可在深度预热下制造。