适于增材制造的Ni系合金粉末以及使用该粉末得到的增材制造体的制作方法

本发明涉及一种适于增材制造的ni系合金粉末以及使用该粉末得到的增材制造体。

背景技术：

1、在由金属形成的造形体的制作中3d打印机开始被使用。3d打印机是通过增材制造法来制作造形体的设备，增材制造法的代表性方式有粉末床方式(粉末床熔融结合方式)、金属沉积方式(定向能量沉积方式)等。

2、在金属沉积方式中，通过反复进行将粉末的熔融物供应到规定位置使之凝固而形成造形层的工序，从而积层造形层。粉末的熔融物通过以下方式形成：利用激光束直接使向母材喷射的飞翔中的粉末或附着在母材表面的粉末熔融；或者将粉末投入熔融的母材表面间接地使之熔融。

3、在粉末床方式中，通过激光束或者电子束的照射，在铺展的粉末中被照射的部位进行熔融、凝固。通过这样的熔融和凝固粉末粒子彼此进行结合。照射是选择性地对金属粉末的一部分进行，没有被照射的部分不会熔融，仅在被照射的部分上形成结合层。

4、在形成的结合层之上进一步铺展新的金属粉末，对这些金属粉末进行激光束或者电子束的照射。当这样进行时，通过照射，金属粒子进行熔融、凝固，形成新的结合层。另外，新的结合层也与已有的结合层结合。

5、通过反复地顺次进行照射引发的熔融和凝固，结合层的集合体逐渐生长。通过该生长得到具有三维形状的造形体。当使用这样进行的增材制造法时，可以容易地得到形状复杂的造形体。

6、作为粉末床方式的增材制造法，例如，提出了一种反复进行以下步骤形成烧结层而制造三维形状造形体的方法(参照专利文献1)：粉末层形成步骤，使用混合铁系粉末与选自由镍、镍系合金、铜、铜系合金以及石墨所构成的群中的一种以上的粉末而成的粉末作为金属光造形用金属粉末而形成粉末层；烧结层形成步骤，向粉末层照射能束而形成烧结层；除去步骤，对造形体的表面进行切削。

7、在增材制造法所使用的其中一种粉末中，存在ni基超合金粉末。例如像专利文献2所公开的那样，ni基超合金通过添加ti、al等利用热处理使金属间化合物析出，而成为耐热性优异，因此在宇宙或者航空器领域的引擎部件原材料等用途中，以铸造材料或者锻造材料的形式被使用，但由于加工性差，因此能够通过近净成形制作部件的粉末烧结积层法的适用得到推进。

8、现有技术文献

9、专利文献

10、专利文献1：日本特开2008-81840号公报

11、专利文献2：国际公开第2011/149101号小册子

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、即使在使用通常的铸造或者锻造工艺将ni系合金的部件制成母材的情况下没有发生裂纹，当使用ni系合金粉末通过增材制造法造形部件时，在增材制造法的急速熔融急冷凝固工艺中，在部件内部容易产生裂纹。这是由于在凝固中杂质成分偏析导致稠化发生而部分地产生液相，因此当该液相进行再凝固时发生收缩而产生裂纹。

3、像这样，当对ni系合金粉末适用增材制造法等的、包含急速熔融急冷凝固工艺的造形法时，具有高合金组成的金属间化合物析出，金属间化合物的析出虽然有助于耐热性提高，但使内部产生微小的裂纹，存在使密度和强度降低的问题。

4、作为在使用ni系合金粉末的利用增材制造法得到的增材制造体中容易产生裂纹的一个原因的凝固裂纹，例如，在为了析出强化而含有nb的ni基合金中，由于γ/laves的共晶或者γ/nbc的共晶导致直至低温都有熔液残留，因此由于低熔点熔液的存在导致btr(固液共存区域)扩大，由于凝固收缩所引发的应变的影响，而变得容易发生。以下，将包含γ相和laves相的共晶组织记作“γ/laves的共晶”，将包含γ相和nbc相的共晶组织记作“γ/nbc的共晶”。

5、但是，由于在ni基合金中，nb是对γ”相(gamma double prime相)带来的析出强化有用的成分，c是为了晶界强化所必须的成分，如果过度减少这些成分则无法得到必要的高温强度。

6、本发明所要解决的课题在于，提供一种耐裂纹性和高温强度优异、适于增材制造的ni系合金粉末以及使用该粉末得到的增材制造体。

7、用于解决课题的手段

8、本发明人等进行深入研究的结果为，发现了作为能够兼具耐裂纹性和高温强度的ni系合金粉末，强度的参数a1为a1≥200并且耐裂纹性的参数a2为a2≤200的ni系合金粉末。

9、本发明的第一方式涉及一种ni系合金粉末，以质量％计包含：

10、ni：40.00～70.00％；

11、cr：15.00～25.00％；

12、mo：0.10～12.00％；

13、nb：3.00～7.00％；

14、al：0.10～1.50％；

15、ti：0.10～2.00％；

16、si：0.01～0.40％；

17、c：0.001～0.15％；

18、b：0.0002～0.0040％；

19、s：0～0.002％；

20、w、co的一种以上：合计0～7.00％；以及

21、余量：fe和不可避免的杂质，

22、其中，由下式所定义的a1的值为200以上，

23、a1＝5.1[c]+0.3[cr]+3.5[mo]+2.9[w]+0.4[co]+19.0[nb]+9.4[al]+33.0[ti]+120.1[b]+48.8

24、(式中[c]、[cr]、[mo]、[w]、[co]、[nb]、[al]、[ti]以及[b]分别表示上述ni系合金粉末中的c、cr、mo、w、co、nb、al、ti以及b的含有率(质量％)。)，并且

25、由下式所定义的a2的值为200以下，

26、a2＝270.4[c]+0.5[cr]+0.6[mo]+0.3[w]+0.1[co]+10.0[nb]+30.5[al]+15.8[ti]+2009.1[b]+4094.3[s]+62.1

27、(式中[c]、[cr]、[mo]、[w]、[co]、[nb]、[al]、[ti]、[b]以及[s]分别表示上述ni系合金粉末中的c、cr、mo、w、co、nb、al、ti、b以及s的含有率(质量％)。)。

28、本发明的第二方式涉及一种使用本发明的第一方式的ni系合金粉末得到的增材制造体。

29、发明效果

30、通过使用本发明的ni系合金粉末进行增材制造，能够得到抑制γ/laves的共晶或者γ/nbc的共晶导致的凝固裂纹，并且表现高的高温强度的增材制造体。

技术特征：

1.一种ni系合金粉末，其中，以质量％计包含：

2.一种增材制造体，其使用权利要求1所述的ni系合金粉末而得到。

技术总结本发明以提供高温强度和耐裂纹性优异、适于增材制造的Ni系合金粉末为课题，提供了一种Ni系合金粉末，其以质量％计包含：Ni：40.00～70.00％、Cr：15.00～25.00％、Mo：0.10～12.00％、Nb：3.00～7.00％、Al：0.10～1.50％、Ti：0.10～2.00％、Si：0.01～0.40％、C：0.001～0.15％、B：0.0002～0.0040％、S：0～0.002％、W、Co的一种以上：合计0～7.00％、以及余量：Fe和不可避免的杂质，作为强度参数的A1的值为200以上，并且作为耐裂纹性参数的A2的值为200以下。技术研发人员：三浦由夏,萩谷透,前田壮一郎,相川芳和受保护的技术使用者：山阳特殊制钢株式会社技术研发日：技术公布日：2024/6/2