具有高温持久低各向异性的成形件、成形方法及成形粉末技术

本发明专利技术的一个目的在于提供一种用于增材制造具有高温持久低各向异性成形件的成形粉末，能够成形具有高温持久低各向异性的成形件。本发明专利技术的另一个目的在于提供一种具有高温持久低各向异性成形件的成形方法。本发明专利技术的又一个目的在于提供一种具有高温持久低各向异性的成形件。为实现前述一个目的的成形粉末，以质量百分比计，由以下化学成分组成：0.03%≤C≤0.09%、20.50%≤Cr≤23.00%、0.50≤Co≤2.50%、8.00%≤Mo≤10.00%、0.20%≤W≤1.00%、17.00%≤Fe≤20.00%、0%<B<0.002%、0%≤Mn≤1.00%、0.0375%≤Si≤0.15%、0%≤O≤0.02%、0%≤N≤0.015%、余量的Ni以及不可避免的杂质；其中，0.2≤C/Si≤1.0。

【技术实现步骤摘要】
具有高温持久低各向异性的成形件、成形方法及成形粉末
本专利技术涉及增材制造领域，尤其涉及一种具有高温持久低各向异性的成形件、成形方法及成形粉末。
技术介绍
镍基高温合金在航空航天领域应用广泛，合金主要成为为Ni、Co、Cr、W等元素，在高温环境中拥有较强的抗氧化能力和耐腐蚀性。增材制造（AdditiveManufacturing）技术被预测为可能引发“第三次工业革命”的关键技术之一，相比于传统加工工艺，具有材料利用率高、设计自由度高、成形精度高、表面质量好等多重优势。根据原材料的送给形式不同，增材制造可分为基于粉末床和材料同步送进两种形式，其中粉末床式增材制造的主要技术原理为：将待加工的零件三维数字模型进行逐层分割，输入到成形设备中；将基板固定在成形平台上，并进行调平，利用铺粉机构（通常为刮板或粉辊）进行单层铺粉，利用一束或多束激光/电子束，对铺放好的单层粉末进行选区熔化，实现由点到线，由线到面的成形过程；待一层成形完后成形平台下降一定高度，进行下一层铺粉及选区熔化成形，最终实现了由面到体的成形过程，由此获得最终零件，特别适合于航空航天等高附加值行业。由于增材制造技术成形过程依靠熔池的移动实现由点到线、由线到面、由面到体。由于这一特殊的过程，导致了在不同方向上成形材料的显微组织具有不同特征，进而导致了力学性能的各向异性。各向异性是增材制造工艺显著特征。当零件对于受力方向不存在显著的方向性时（即受力方向为各向同性），则希望零件材料的各向异性越小越好，避免强度较弱的方向限制零件整体的强度和寿命。特别是在利用增材制造成形具有异形复杂薄壁结构零件时，零件不同位置相对于基板具有复杂的空间取向，零件在实际服役条件下往往会受到复杂的载荷作用。如果各向异性显著存在于具有复杂结构的零件当中，会导致力学性能在不同结构位置的差异增大，进而导致了服役寿命受到限制，且零件设计和考核验证难度也大幅增加。因此，降低增材制造制件的力学性能各向异性对于提升增材制造工艺的工程化应用水平具有重要的意义。其中，高温持久性能是镍基高温合金最基础最为重要的性能之一，如何降低零件高温持久性能的各向异性也成为目前亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种用于增材制造具有高温持久低各向异性成形件的成形粉末，能够成形具有高温持久低各向异性的成形件。本专利技术的另一个目的在于提供一种具有高温持久低各向异性成形件的成形方法，采用前述成形粉末进行成形。本专利技术的又一个目的在于提供一种具有高温持久低各向异性的成形件，采用前述成形方法进行成形。为实现前述一个目的的用于增材制造具有高温持久低各向异性成形件的成形粉末，以质量百分比计，由以下化学成分组成：0.03%≤C≤0.09%、20.50%≤Cr≤23.00%、0.50≤Co≤2.50%、8.00%≤Mo≤10.00%、0.20%≤W≤1.00%、17.00%≤Fe≤20.00%、0%<B<0.002%、0%≤Mn≤1.00%、0.0375%≤Si≤0.15%、0%≤O≤0.02%、0%≤N≤0.015%、余量的Ni以及不可避免的杂质；其中，0.2≤C/Si≤1.0。在一个或多个实施方式中，以质量百分比计：所述C的含量为：0.05%≤C≤0.09%；所述Si的含量为：0.07%≤Si≤0.15%；其中，0.33≤C/Si≤0.8。在一个或多个实施方式中，所述成形粉末通过气雾化或旋转电极雾化制成。在一个或多个实施方式中，所述成形粉末的粉末粒度大小为15μm至150μm。为实现前述另一目的的具有高温持久低各向异性成形件的成形方法，通过增材制造工艺成形所述具有高温持久低各向异性的成形件，其特征在于：所述增材制造工艺采用的成形粉末为如前所述的用于增材制造具有高温持久低各向异性成形件的成形粉末。在一个或多个实施方式中，所述增材制造工艺为激光选区熔化成形工艺。在一个或多个实施方式中，所述成形方法还包括：对成形件进行去应力退火处理。在一个或多个实施方式中，在所述去应力退火处理后，所述成形方法还包括：对成形件进行线切割处理。在一个或多个实施方式中，在所述线切割处理后，所述成形方法还包括：对成形件进行热等静压处理。为实现前述又一目的的具有高温持久低各向异性的成形件，采用如前所述的具有高温持久低各向异性成形件的成形方法制成。本专利技术的进步效果包括以下之一或组合：本专利技术的成形粉末进一步优化了对高温持久各向异性起重要影响的化学元素成分含量，规定了以质量百分比计，0.03%≤C≤0.09%，0.0375%≤Si≤0.15%，0%<B<0.002%，元素C以及元素Si质量百分数的比值为0.2≤C/Si≤1.0。在控制C、Si以及B的质量百分比以及比值分别在于上述区间时，采用上述粉末进行增材制造后所成形的零件具有较低的高温持久各向异性。附图说明本专利技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：图1示出了用于进行拉伸试验用的纵向试样以及横向试样的示意图；图2示出了实施例1-3以及对照例1-3的高温持久性能横－纵向对比图；图3为图2中所测数据中纵向高温持久性能减去横向高温持久性能所得到的差值对比图。具体实施方式下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本申请的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。需要注意的是，在使用到的情况下，如下描述中的上、下、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本专利技术实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。现有文献中已有对于成形粉末成分对于增材制造成形件的各向成形性能影响的讨论。如魏菁等人在《Hastelloy-X粉末成分对激光选区熔化成形各向成形性能的影响》（中国激光,2018,045(012):135-141）对比了使用粒度为15~本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于增材制造具有高温持久低各向异性成形件的成形粉末，其特征在于，以质量百分比计，由以下化学成分组成：/n0.03%≤C≤0.09%、20.50%≤Cr≤23.00 %、0.50≤Co≤2.50 %、8.00 %≤Mo≤10.00 %、0.20 %≤W≤1.00 %、17.00 %≤Fe≤20.00 %、0 %<B<0.002 %、0 %≤Mn≤1.00%、0.0375 %≤Si≤0.15%、0 %≤O≤0.02%、0 %≤N≤0.015 %、余量的Ni以及不可避免的杂质；/n其中，0.2≤C/Si≤1.0。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于增材制造具有高温持久低各向异性成形件的成形粉末，其特征在于，以质量百分比计，由以下化学成分组成：
0.03%≤C≤0.09%、20.50%≤Cr≤23.00%、0.50≤Co≤2.50%、8.00%≤Mo≤10.00%、0.20%≤W≤1.00%、17.00%≤Fe≤20.00%、0%<B<0.002%、0%≤Mn≤1.00%、0.0375%≤Si≤0.15%、0%≤O≤0.02%、0%≤N≤0.015%、余量的Ni以及不可避免的杂质；
其中，0.2≤C/Si≤1.0。


2.如权利要求1所述的用于增材制造具有高温持久低各向异性成形件的成形粉末，其特征在于，以质量百分比计：
所述C的含量为：0.05%≤C≤0.09%；
所述Si的含量为：0.07%≤Si≤0.15%；
其中，0.33≤C/Si≤0.8。


3.如权利要求1所述的用于增材制造具有高温持久低各向异性成形件的成形粉末，其特征在于，所述成形粉末通过气雾化或旋转电极雾化制成。


4.如权利要求1所述的用于增材制造具有高温持久低各向异性成形件的成形粉末，其特征在于，所述成形粉末的粉末粒度大小为...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯慧鹏，雷力明，常斐，付俊，
申请(专利权)人：中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司，中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31