铬镍铁合金是一种镍铬超级合金，可使用各种金属增材制造工艺进行三维打印。本指南详细介绍了铬镍铁合金三维打印技术，包括适用技术、材料特性、应用、注意事项等。
介绍 三维打印铬镍铁合金
铬镍铁合金是一种镍铬基超合金，具有高强度、耐腐蚀性和耐热性。铬镍铁合金适用于 3D 打印的主要特性包括
- 高温强度和抗蠕变性
- 抗氧化和抗腐蚀
- 良好的机械性能
- 焊接性和加工性
- 粉末状可用于金属 AM 工艺
Inconel 718 和 625 等 Inconel 合金变体广泛应用于航空航天发动机、燃气轮机、核反应堆和其他要求苛刻的应用领域。增材制造技术可制造出复杂、优化的铬镍铁合金零件，从而提高性能。
本指南涵盖用于 AM 的铬镍铁合金牌号、适用工艺、参数、性能、应用、后处理、成本和比较。
用于 3D 打印的铬镍铁合金牌号
可进行 3D 打印的英科耐尔超合金主要包括
用于 AM 的铬镍铁合金牌号
| 合金 | 组成 | 主要特性 |
|---|---|---|
| 铬镍铁合金 718 | 镍、铬、铁、铌、钼 | 强度、韧性、可焊性 |
| 铬镍铁合金 625 | 镍、铬、钼、铌 | 耐腐蚀性、疲劳强度 |
| 铬镍铁合金 939 | 镍、钴、铬、钨、铌、钛 | 热硬度、蠕变强度 |
| 铬镍铁合金 X-750 | 镍、铬、铁、钛、铝 | 耐高温氧化 |
- 铬镍铁合金 718 具有最佳的强度和成本，是最广泛使用的 3D 打印材料。
- 铬镍铁合金 625 具有最佳的耐腐蚀性，适用于海洋应用。
- Inconel X-750 可承受高达 700°C 的极端温度。
- 针对特定的运行条件和要求对等级进行了优化。
- 还可以配制和 3D 打印定制的铬镍铁合金。
铬镍铁合金三维打印工艺
铬镍铁合金可以使用粉末床熔融和定向能沉积工艺进行打印：
铬镍铁合金三维打印工艺
| 过程 | 方法 | 说明 |
|---|---|---|
| 粉末床融合 | DMLS、SLM、EBM | 粉末床通过激光或电子束选择性熔化 |
| 定向能量沉积 | 透镜、金属等离子沉积、线弧 AM | 聚焦热源熔化金属粉末或金属丝 |
- 粉末床工艺（如 DMLS 和 EBM）是最常见的铬镍铁合金印刷工艺。
- DED 方法（如 LENS）用于维修和大型近净成形部件。
- 必须针对每种特定的铬镍铁合金优化工艺参数。
- 建议进行应力消除热处理等后处理。
的特性 3D 打印铬镍铁合金
3D 打印的铬镍铁合金具有以下特性：
铬镍铁合金 3D 打印特性
| 物业 | 典型值 |
|---|---|
| 密度 | 8.19 克/立方厘米 |
| 拉伸强度 | 1000-1300 兆帕 |
| 屈服强度 | 500-1100 兆帕 |
| 断裂伸长率 | 10-40% |
| 熔点 | 1350-1430°C |
| 导热性 | 11-20 W/mK |
| 耐腐蚀性 | 在各种环境中表现出色 |
| 耐热性 | 高达 700°C 的卓越性能 |
- 机械性能等于或超过传统制造的铬镍铁合金。
- 定向凝固的微结构会产生各向异性的特性。
- 后处理（如 HIP）可提高密度、延展性和各向同性。
- 性能在很大程度上取决于 3D 打印工艺参数。
3D 打印铬镍铁合金的应用
使用快速成型铬镍铁合金部件的主要行业包括
铬镍铁合金三维打印应用
| 行业 | 用途 |
|---|---|
| 航空航天 | 涡轮叶片、发动机部件、喷嘴、推力室 |
| 石油和天然气 | 阀门、井口部件、压力容器 |
| 核电 | 反应堆内部结构、热交换器 |
| 汽车 | 涡轮增压器轮毂、排气部件 |
| 化学 | 泵、阀门、反应容器 |
| 医疗 | 植入物、手术器械 |
- 航空航天是采用飞行关键超级合金部件最多的领域。
- 石油和天然气利用高温强度生产油井设备。
- 核工业将其用于抗放射性腐蚀。
- 汽车运动应用利用了轻质优化几何形状的优势。
- 医用植入物和器械利用生物兼容性。
三维打印铬镍铁合金与传统制造的优势
与传统方法相比，3D 打印铬镍铁合金的主要优势：
三维打印与铸造/加工
- 可自由制作复杂的有机几何图形，这是其他方式无法实现的
- 优化和组合部件以提高重量和性能的能力
- 缩短小批量生产的准备时间，降低成本
- 解决减材方法的工具/夹具限制问题
- 允许功能分级和拓扑优化
- 利用优化设计减少材料浪费
- 就近按需及时生产
3D 打印铬镍铁合金的成本分析
铬镍铁合金三维打印成本根据以下因素而有所不同：
成本驱动因素
- AM 机器采购、运营成本
- 铬镍铁合金粉末材料成本（~$100-200/千克）
- 设计、印刷和后期处理的人工费
- 生产量
- 零件尺寸和几何形状的复杂性
- 后期处理要求
典型零件成本范围
- 每公斤印刷部件 $50 - $500
- 小型部件 ~ $100 - $5000
- 较大的复杂航空航天部件的成本可达 $15,000+
挑战 三维打印铬镍铁合金
铬镍铁合金 AM 面临的一些挑战包括
- 铬镍铁合金粉末的材料成本高
- 控制残余应力
- 热等静压工艺（HIP）的要求
- 表面粗糙度高，需要大量加工
- 有能力的 AM 设备供应商数量有限
- 优化各合金牌号的工艺参数
- 确保可重复性和质量标准
AM 技术的进一步发展将继续改善可印刷性、表面光洁度和材料特性，并降低铬镍铁合金的印刷成本。
铬镍铁合金与其他 3D 打印材料的比较
用于 AM 的铬镍铁合金与其他材料
| 材料 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 钛合金 | 密度低，强度高 | 低温能力 |
| 不锈钢 | 成本、可用性 | 强度低于铬镍铁合金 |
| 工具钢 | 硬度、耐磨性 | 开裂问题 |
| 钴铬合金 | 生物兼容性 | 高温强度有限 |
| 铝合金 | 降低成本和密度 | 强度低得多 |
- 铬镍铁合金是高强度、耐热性和耐腐蚀性的最佳组合。
- 它比不锈钢昂贵，但工作温度更高。
- 钛的强度重量比更好，但工作极限更低。
- 选择取决于具体的应用要求。
三维打印铬镍铁合金的重要启示
- 铬镍铁合金具有高强度和耐温性。
- 广泛使用的牌号有铬镍铁合金 718、625 和 X-750，这些牌号都可以进行 3D 打印。
- 主要工艺是粉末床熔融，如 DMLS/SLM 和 DED 方法。
-发现 - 与传统制造的铬镍铁合金相比，性能更佳，而且经常优于传统制造的铬镍铁合金。
- 航空发动机和核反应堆是主要的应用领域。
- 印刷成本从每公斤 $50-500 不等，取决于尺寸等因素。
- 这些进步旨在实现更简便的印刷、更好的表面处理和更广泛的应用。
常见问题
问：铬镍铁合金在 3D 打印中的用途是什么？
答：铬镍铁合金用于三维打印需要耐热性的高性能部件，如航空航天发动机、燃气轮机、核反应堆和其他应用。
问：哪种 3D 打印工艺最适合铬镍铁合金？
答：DMLS 和 SLM 等粉末床熔融方法是打印铬镍铁合金的最常用方法。但 LENS 等 DED 工艺对大型近净成形也有好处。
问：3D 打印的铬镍铁合金是否需要后处理？
答：是的，建议采用热等静压（HIP）等后处理方法来消除内应力，改善材料的各向同性和性能。
问：3D 打印的铬镍铁合金与锻造的铬镍铁合金强度一样吗？
答：是的，快速成型技术可以生产出机械性能达到或超过传统锻造技术的铬镍铁合金零件。
问：铬镍铁合金 718 和 625 之间有哪些区别？
答：铬镍铁合金 718 具有更好的整体机械性能，而铬镍铁合金 625 则具有卓越的耐腐蚀性，尤其适用于海洋环境。
问：3D 打印铬镍铁合金是否很困难？
答：与铝或钛等金属相比，铬镍铁合金的打印更具挑战性。需要仔细优化打印机参数，以控制残余应力和开裂。
问：铬镍铁合金三维打印能达到什么精度？
答：茵康镍尔 AM 零件的尺寸精度约为±0.1-0.2%，具体取决于所使用的工艺。如果需要，机加工可进一步提高精度。
问：印制铬镍铁合金与热加工铬镍铁合金的强度一样高吗？
答：是的，粉末床熔融工艺可以在铬镍铁合金中获得精细的微观结构，从而获得与热加工部件相当或更高的强度。
问：Inconel AM 零件的表面光洁度如何？
答：印刷后的表面粗糙度通常在 10-25 微米 Ra 之间。要获得更精细的表面粗糙度，通常需要进行额外的加工和抛光。