钴基合金层叠造型体的制造方法技术

为了实现具有与析出增强Ni基合金材同等以上的机械特性的Co基合金材，本发明专利技术提供Co基合金层叠造型体的制造方法。本发明专利技术涉及的Co基合金层叠造型体的制造方法的特征在于，所述钴基合金具有如下化学组成：包含0.08～0.25质量％的C、0.1质量％以下的B、10～30质量％的Cr、Fe为5质量％以下且合计为30质量％以下的Fe和Ni、合计为5～12质量％的W和/或Mo、合计为0.5～2质量％的Ti、Zr、Nb和Ta、0.5质量％以下的Si、0.5质量％以下的Mn、以及0.003～0.04质量％的N，且余量由Co和杂质构成，所述制造方法具有：合金粉末准备工序、以及选择性激光熔融工序。工序。工序。

【技术实现步骤摘要】
钴基合金层叠造型体的制造方法
[0001]本专利技术是申请号为2018110402822、申请日为2018年9月7日、专利技术名称为“钴基合金层叠造型体、钴基合金制造物以及它们的制造方法”的专利技术申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及机械特性优异的钴基合金材，特别是涉及钴基合金层叠造型体的制造方法。

技术介绍

[0003]钴(Co)基合金材与镍(Ni)基合金材一起均为代表性的耐热合金材料，也被称为超合金，广泛用于汽轮机(例如，燃气轮机、蒸汽轮机)的高温构件。Co基合金材与Ni基合金材相比，虽然材料成本高，但因为耐腐蚀性、耐磨耗性优异，容易固溶增强，因此一直用作汽轮机静叶片、燃烧器构件。
[0004]在耐热合金材料中，通过此前一直进行的各种合金组成的改良和制造工艺的改良，在Ni基合金材中，开发出通过γ
’
相(例如Ni3(Al,Ti)相)析出进行的增强并成为目前主流。另一方面，在Co基合金材中，由于如Ni基合金材的γ
’
相那样的大大有助于机械特性提高的金属间化合物相难以析出，因此研究了由碳化物相引起的析出增强。
[0005]例如，在日本特开昭61(1986)
‑
243143中，公开了一种Co基超塑性合金，其特征在于，在晶体粒径为10μm以下的钴基合金的基体中析出粒径为0.5至10μm的块状和粒状的碳化物而成。另外，公开了上述钴基合金由以重量比计C：0.15～1％、Cr：15～40％、W和或Mo：3～15％、B：1％以下、Ni：0～20％、Nb：0～1.0％、Zr：0～1.0％、Ta：0～1.0％、Ti：0～3％、Al：0～3％、和余量Co构成。根据专利文献1，能够提供一种即使在低温区域(例如，950℃)也显示出超塑性且具有70％以上的伸长率，并且通过锻造加工等塑性加工能够制作复杂形状物的Co基超塑性合金。
[0006]在日本特开平7(1995)
‑
179967中，公开了一种Co基合金，其由以重量％计Cr：21～29％、Mo：15～24％、B：0.5～2％、Si：0.1％以上且小于0.5％、C：超过1％且2％以下、Fe：2％以下、Ni：2％以下和余量实质上为Co构成，并且耐腐蚀性、耐磨耗性和高温强度优异。根据专利文献2，该Co基合金具有在Co、Cr、Mo、Si的四元系合金相中较微细地分散有钼硼化物和铬碳化物的复合组织，具备良好的耐腐蚀性和耐磨耗性、以及高强度。
[0007]另外，近年来，作为通过近终型(near net shape)制造具有复杂形状的最终产品的技术，层叠造型法(Additive Manufacturing，AM法)等三维造型技术(所谓的3D打印)收到关注，并且积极地进行了将该三维造型技术应用于耐热合金构件的研发。
[0008]例如，在日本特表2016
‑
535169(WO2015/073081A1中，公开了如下方法，其为包含以下步骤的层形成方法：a)供给具有小于20％的空隙率的粉体状或悬浊液状的颗粒状复合材料的原料的步骤；b)将上述复合材料的第一部分沉积于目标物表面的步骤；c)向上述第一部分的上述复合材料供给能量，将上述第一部分的上述复合材料烧结、熔合或熔解而形成第一层的步骤；d)在上述第一层之上沉积上述复合材料的第二部分的步骤；e)向上述第
二部分的上述复合材料供给能量，将上述第二部分的上述复合材料烧结、熔合或熔解而形成第二层的步骤；上述能量通过激光供给。
[0009]根据日本特表2016
‑
535169，选择性激光熔解法(SLM法)或直接金属激光熔解法(DMLM法)一般而言对一种材料(纯钛、Ti
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6Al
‑
4V那样的单一合金)有用。相比之下，在多种材料、合金、或合金与塑料、陶瓷、聚合物、碳化物、玻璃等其他材料组合的情况下，一般适用选择性激光烧结法(SLS法)或直接金属激光烧结法(DMLS法)。需要说明的是，烧结是与熔解不同的技术概念，烧结工艺为：不会使材料粉末完全熔解，但会加热至该粉末能够以分子水平一起熔合的程度的工艺。

技术实现思路

[0010]专利技术要解决的课题
[0011]关于通过3D打印来制造汽轮机高温构件，由于即使为具有复杂形状的构件也能够直接造型，因此从缩短制造工作时间、提高制造成品率的观点(即，降低制造成本的观点)出发，是非常有吸引力的技术。
[0012]日本特开昭61(1986)
‑
243143和日本特开平7(1995)
‑
179967所记载那样的Co基合金材被认为与那些以前的Co基合金材相比具有高的机械特性，但遗憾的是，如果与近年来的析出增强Ni基合金材相比，则不能说具有充分的机械特性。因此，目前，关于汽轮机高温构件用途的层叠造型体(AM体)的研究，多以析出增强Ni基合金材作为对象。
[0013]然而，就析出增强Ni基合金的AM体而言，容易发生阻碍成为机械特性关键的γ
’
相生成或在制造物中产生内部缺陷的不良状况，作为结果，产生了不能充分得到所期待的机械特性这样的问题。认为这是因为：目前用作汽轮机高温构件的析出增强Ni基合金材以在高真空中的熔解
·
铸造工艺为前提而进行了最优化，因此在准备AM法用合金粉末的阶段、AM法的阶段，容易发生构成γ
’
相的Al成分和Ti成分的氧化、氮化。
[0014]另一方面，日本特开昭61(1986)
‑
243143和日本特开平7(1995)
‑
179967所记载那样的Co基合金材由于不是以Ni基合金材的γ
’
相那样的金属间化合物相的析出为前提，因此不含大量容易氧化的Al、Ti，能够使用在大气中的熔解
·
铸造工艺。因此，认为有利于AM法用合金粉末的制作、AM体的制作。另外，Co基合金材具有如下优点：具有与Ni基合金材同等以上的耐腐蚀性、耐磨耗性。
[0015]然而，如上所述，以往的Co基合金材具有与γ
’
相析出增强Ni基合金材相比机械特性低这样的缺点。换句话说，如果能够实现与γ
’
相析出增强Ni基合金材同等以上的机械特性(例如，在58MPa下10万小时的蠕变耐用温度为875℃以上，室温的拉伸耐力为500MPa以上)，则Co基合金AM体可成为非常有吸引力的汽轮机高温构件。
[0016]本专利技术是鉴于上述那样的课题而作出的专利技术，其目的在于：为了实现具有与析出增强Ni基合金材同等以上的机械特性的Co基合金材，提供一种Co基合金层叠造型体的制造方法。
[0017]用于解决课题的方法
[0018](I)本专利技术的一个形态提供一种Co基合金层叠造型体的制造方法，其为由Co基合金构成的层叠造型体的制造方法，其特征在于，
[0019]上述Co基合金具有如下化学组成：包含0.08质量％以上且0.25质量％以下的碳
(C)、0.1质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴基合金层叠造型体的制造方法，其为由钴基合金构成的层叠造型体的制造方法，其特征在于，所述钴基合金具有如下化学组成：包含0.08质量％以上且0.25质量％以下的碳、0.1质量％以下的硼和10质量％以上且30质量％以下的铬，包含5质量％以下的铁和30质量％以下的镍且所述铁和所述镍的合计为30质量％以下，包含钨和/或钼且所述钨和所述钼的合计为5质量％以上且12质量％以下，包含钛、锆、铌和钽且所述钛、所述锆、所述铌和所述钽的合计为0.5质量％以上且2质量％以下，包含0.5质量％以下的硅、0.5质量％以下的锰、以及0.003质量％以上且0.04质量％以下的氮，且余量由钴和杂质构成，所述制造方法具有如下工序：合金粉末准备工序，准备具有所述化学组成的钴基合金粉末；以及选择性激光熔融工序，将合金粉末床准备基本工序和激光熔融凝固基本工序重复进行而形成层叠造型体，在所述合金粉末床准备基本工序中，铺设所述钴基合金粉末而准备预定厚度的合金粉末床，在所述激光熔融凝固基本工序中，对所述合金粉末床的预定区域照射激光而使该区域的所述钴基合金粉末局部熔融/骤冷凝固，在所述选择性激光熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：今野晋也，王玉艇，江口滋信，上村好古，本山宜彦，小牧孝直，
申请(专利权)人：三菱动力株式会社，
类型：发明
国别省市：