[发明专利]Ni基超合金组合物以及用于SLM加工这种Ni基超合金组合物的方法

说明书

本发明涉及Ni基超合金组合物以及用于SLM加工这种Ni基超合金组合物的方法，采用用于基于粉末的添加制造(AM)技术，例如选择性激光熔化(SLM)或电子束熔化(EBM)的Ni基超合金组合物。通过控制形成低熔点共晶的元素尤其是Hf的量，在AM过程期间的裂纹敏感性显著降低。

技术领域

本发明涉及Ni基超合金。它涉及一种Ni基超合金组合物。它还涉及用于SLM加工这种Ni基超合金组合物的方法。

背景技术

γ’(γ引发(Gamma Prime))Ni3(AI，Ti)硬化的Ni基超合金的选择性激光熔化是有挑战性的，因为这些超合金对热裂纹非常敏感。

尤其是在γ基体中具有高含量γ’(γ引发)相的合金，例如MarM247、CM247LC、CMSX486、René80、René108或MD2，导致在选择性激光熔化(SLM)期间广泛的热裂纹。

例如，CM247LC的标称化学组成(nominal chemical composition)为(以重量％表示)：9.5W、9.2Co、8.1Cr、5.6Al、3.2Ta、1.4Hf、0.7Ti、0.5Mo、0.075C、0.015Zr、0.015B以及余量的Ni(the balance Ni)(参见US 2014/034626 A1)，并且MarM247的标称化学组成为(以重量％表示)：10.0W、10.0Co、8.4Cr、5.5Al、3.0Ta、1.5Hf、1.0Ti、0.7Mo、0.15C、0.05Zr、0,015B以及余量的Ni(the balance Ni)。

这种高热裂纹敏感性阻碍了该合金类别的SLM的工业化，而该合金类别的SLM的工业化是高温应用尤其是燃气涡轮工业中强烈需要的。

已提出了不同的方法来减少这种超合金中的热裂纹：

●文件EP 2 886 225 A1涉及借助于基于粉末床的添加制造，例如选择性激光熔化(SLM)或电子束熔化(EBM)生产三维制品的技术。尤其地，它涉及含有具有改进化学组成的基于IN738LC的Ni基超合金粉末的高抗氧化性和高γ引发(γ′)沉淀(high gamma-prime(γ′)precipitation)。这种粉末具有下述化学组成(以重量％表示)：15.7-16.3Cr、8.0-9.0Co、1.5-2.0Mo、2.4-2.8W、1.5-2.0Ta、3.2-3.7Al、2.2-3.7Ti、0.6-1.1Nb、0.09-0.13C、0.007-0.012B、0.004＜Zr＜0.03、0.001＜Si＜0.03、剩余部分的Ni和不可避免的残余元素，并且另外，粉末粒度分布在10至100μm之间并为球形形态。作为优点，使用更高效的工艺参数，并且无需添加制造工艺(例如预热)和/或后处理(例如热等静压HIP)的复杂和耗时的变化，可产生几乎无裂纹的三维制品。

然而，已发现强烈促进热裂纹的类似于IN738LC的合金中的微量元素(尤其是Si和Zr)的降低和控制(参见上文文件EP 2 886 225 A1)不能完全避免含有较高γ′(γ引发)合金中的热裂纹。

●在SLM之后应用热等静压(HIP)以封闭零件中的现有热裂纹。

对于广泛的裂纹，由于在先前的热裂纹部位处的氧化物形成，这可能降低机械性能；此外，它不允许封闭通至表面的裂纹。已公开了通过一系列涂布和热等静压步骤来解决这个问题的方法(参见文件US 8,506,836)，然而所述方法是成本昂贵的，并且因此是不经济的。