2023 年最适合 3D 打印的 IN738 粉末
Inconel 738 粉末是一种出色的超级合金，具有卓越的强度、耐热性和耐腐蚀性。这种合金具有独特的成分和出色的机械性能，可应用于航空航天、发电和工业制造等多种行业。在本综合指南中，我们将探讨铬镍铁合金 738 粉末的特性、制造工艺和广泛应用。
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目录
用于 3D 打印的 IN738 粉末概述
IN738 是一种镍基超级合金粉，广泛用于高性能金属零件的增材制造。它兼具高温下优异的机械性能和可加工性，是 3D 打印航空航天和工业部件的理想选择。
本文全面介绍了三维打印应用中的 IN738 合金粉末。内容包括 IN738 粉末的成分、特性、打印参数、应用、规格、供应商、处理、检查、比较、优缺点以及常见问题。关键信息以易于参考的表格形式呈现。
IN738 粉末的成分
IN738 具有沉淀硬化合金成分，其中含有各种溶质元素：
| 要素 | 重量 % | 目的 |
|---|---|---|
| 镍 | 平衡 | 基质元素具有耐腐蚀性 |
| 铬 | 15 – 17 | 抗氧化性 |
| 铝质 | 3.4 – 4.4 | 沉淀硬化 |
| 钛 | 3.2 – 4.2 | 沉淀硬化 |
| 铁 | 最大 12.5 | 固体溶液强化 |
| 钴 | 8.5 – 10 | 固体溶液强化 |
| 钼 | 1.5 – 2.5 | 蠕变强化 |
| 钽 | 1 – 2 | 沉淀硬化 |
| 碳 | 0.11 最大值 | 硬质合金成形器 |
为了控制晶粒结构，还添加了微量的硼、锆和镁。
IN738 粉末的特性
IN738 具有以下主要特性：
| 物业 | 说明 |
|---|---|
| 高强度 | 卓越的拉伸和蠕变断裂强度，最高可达 750°C |
| 热稳定性 | 强度和硬度保持在 700°C 以下 |
| 抗氧化性 | 形成保护性的 Cr2O3 氧化物鳞片 |
| 抗热疲劳性 | 在热循环过程中不易开裂 |
| 耐腐蚀性 | 抗热腐蚀和氧化能力强 |
| 可加工性 | 可使用匹配的填充材料进行焊接 |
这些特性使其适用于承受极端应力的热截面航空航天部件。
IN738 粉末的 3D 打印参数
加工 IN738 粉末需要优化的印刷参数：
| 参数 | 典型值 | 目的 |
|---|---|---|
| 层厚度 | 20-50 μm | 更薄的层可提高分辨率 |
| 激光功率 | 180-500 W | 无蒸发的熔化条件 |
| 扫描速度 | 800-1600 毫米/秒 | 平衡密度和建造时间 |
| 舱口间距 | 50-200 μm | 密度和机械性能 |
| 支持结构 | 最低限度 | 易于拆卸，表面光洁 |
| 惰性气体 | 氩气 | 防止印刷过程中的氧化 |
参数选择取决于制造几何形状、机械要求、表面光洁度需求和方向等因素。
3D 打印 IN738 零件的应用
快速制造的 IN738 元件可用于以下关键应用：
| 行业 | 组件 |
|---|---|
| 航空航天 | 涡轮叶片、燃烧器、排气部件 |
| 发电 | 热气通道部件、热交换器 |
| 汽车 | 涡轮增压器轮毂、阀门 |
| 化学加工 | 泵、阀门、外壳 |
与铸造/锻造的 IN738 相比，其优势包括复杂的几何形状、更短的交货时间和买飞比。
用于 3D 打印的 IN738 粉末的规格
市场上有符合成分和质量规格的 IN738 粉末：
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 粒度范围 | 15-45 μm 典型值 |
| 粒子形状 | 球形形态 |
| 表观密度 | > 4 克/立方厘米 |
| 水龙头密度 | > 6 克/立方厘米 |
| 霍尔流量 | > 23 秒（50 克 |
| 纯净 | >99.9% |
| 氧气含量 | <300 ppm |
针对特定应用，还可提供其他尺寸范围、纯度和更严格的公差。
IN738 粉末供应商
信誉良好的 IN738 粉末供应商包括
| 供应商 | 地点 |
|---|---|
| 普莱克斯 | 美国 |
| 卡彭特粉末产品 | 美国 |
| 山特维克鹗 | 英国 |
| Erasteel | 瑞典 |
| 阿梅泰克 | 美国 |
| LPW 技术 | 英国 |
根据质量、尺寸分布和订单数量，价格从 $90/kg 到 $220/kg 不等。
IN738 粉末的处理和储存
作为一种活性金属，IN738 粉末需要控制处理：
- 将密封容器储存在阴凉、干燥的惰性气体环境中
- 避免接触湿气、酸和氧化剂
- 使用导电容器和传输设备
- 将设备接地以消除静电
- 尽量减少粉尘的产生和积累
- 建议进行局部通风
- 遵守安全数据表中的注意事项
适当的储存和处理可防止财产变化或危害。
检查和测试 IN738 粉末
IN738 粉末的质量检测方法包括
| 方法 | 测试参数 |
|---|---|
| 筛分分析 | 粒径分布 |
| 激光衍射 | 粒径分布 |
| 扫描电子显微镜成像 | 颗粒形态和微观结构 |
| EDX/XRF | 化学和成分 |
| XRD | 存在的阶段 |
| Pycnometry | 密度 |
| 霍尔流量 | 粉末流动性 |
根据适用的 ASTM 标准进行测试，确保批次间的一致性。
IN738 与其他合金粉的比较
IN738 与其他镍基超级合金的比较如下
| 合金 | 抗氧化性 | 费用 | 可印刷性 | 焊接性 |
|---|---|---|---|---|
| IN738 | 优秀 | 中型 | 优秀 | 良好 |
| IN718 | 中型 | 低 | 公平 | 优秀 |
| 海恩斯 282 | 优秀 | 非常高 | 良好 | 有限公司 |
| 铬镍铁合金 625 | 良好 | 中型 | 优秀 | 优秀 |
与 IN718 或 Haynes 282 等替代品相比，IN738 在印刷适性和性能方面达到了最佳平衡。
IN738 粉末的优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 在高温下具有出色的强度和抗氧化性 | 价格高于 IN718 合金粉末 |
| 可使用匹配的填料进行焊接 | 室温拉伸延展性较低 |
| 经广泛验证可用于 AM 工艺 | 需要热等静压来释放应力 |
| 性能与铸件 IN738 相当/优于 IN738 | 需要进行受控气氛储存和处理 |
| 可实现复杂几何形状 | 有限的高温蠕变强度 |
IN738 可为关键热截面零件提供出色的性能，但成本高于其他镍超合金材料。
有关用于 3D 打印的 IN738 粉末的常见问题
以下是一些有关 IN738 粉末的常见问题：
问：印刷 IN738 时建议使用多大的粒度？
答：15-45 微米是典型的粒度范围，具有良好的流动性、高分辨率和高密度。10 微米以下的细颗粒可以提高密度和表面光洁度。
问：IN738 为何适用于 3D 打印？
答：关键因素是它的可印刷性、机械性能、可焊性以及之前在传统工艺中的使用情况，这些都有助于验证。IN738 是为锻造加工而设计的，因此很容易适应快速成型制造。
问：IN738 印刷部件需要哪些后处理？
答：通常需要进行热等静压、热处理和机加工等后道工序，以消除应力，达到所需的尺寸、表面光洁度和最终性能。
问：印刷 IN738 是否需要支撑结构？
答：建议尽量减少支撑结构，以避免难以从复杂表面和通道上清除。球形 IN738 粉末流动性好，不需要大量的支撑结构。
问：用于 3D 打印的 IN738 粉末有哪些替代品？
答：主要替代材料有 IN718、IN625、哈氏合金 X、Haynes 282、Mar-M247 和 C263。不过，IN738 在性能和可制造性方面具有最佳的综合性能。
问：3D 打印 IN738 组件的密度如何？
答：通过优化三维打印参数，IN738 的密度很容易超过 99%。这与传统加工的锻造或铸造 IN738 产品的特性相匹配。
问：3D 打印后能否加工 IN738 零件？
答：可以，可以使用车削、钻孔和铣削等加工工艺，以获得更好的表面光洁度和精度。加工沉淀硬化的 IN738 材料需要合适的刀具参数。
问：印制的 IN738 零件表面粗糙度一般是多少？
答：典型的表面粗糙度 (Ra) 值约为 8-16 微米，但可以通过机加工和其他精加工工艺进一步提高。
问：IN738 在 3D 打印后是否需要热等静压 (HIP)？
答：HIP 有助于消除内应力和达到 100% 密度，但不是强制性的。对于非关键应用，后处理热处理即可。
问：使用 IN738 时常见的 3D 打印缺陷有哪些？
答：可能会出现气孔、开裂、变形、不完全融合和表面粗糙等缺陷，但通过优化参数和程序可以减轻这些缺陷。
