哈氏合金 X 是一种镍基合金粉末，具有优异的高温强度、抗氧化性和可制造性。本指南全面概述了 哈氏合金 X 粉末 包括其特性、加工、应用、供应商、成本等。
哈氏合金 X 粉末概述
哈氏合金 X 是一种获得专利的镍铬铁钼合金粉末，可在高达 704°C (1300°F) 的极端环境中发挥出色性能。主要特点包括
- 高温强度和抗蠕变性
- 卓越的抗氧化性和耐腐蚀性
- 良好的可焊性和可制造性
- 抗应力破裂开裂
- 可通过热处理进行时效硬化
由于添加了铬、钼和钨，它与其他镍合金相比具有更优异的机械性能。这种组合使哈氏合金 X 具有出色的抗氧化、抗渗碳和抗氯化侵蚀能力。
哈氏合金 X 通常以粉末形式用于激光粉末床熔融（L-PBF）和定向能沉积（DED）等增材制造工艺。细小的球形粉末可提供高质量 3D 打印部件所需的平滑流动性、堆积密度和铺展性。
该合金还可制成线材、板材、中厚板、管材和铸件。粉末冶金哈氏合金 X 零件可通过热等静压（HIP）和热处理轻松进行后处理，以进一步提高性能。
哈氏合金 X 粉末的应用
哈氏合金 X 具有出色的高温强度，非常适合极端环境应用，包括
- 飞机和航空航天 - 燃烧罐、导弹部件、火箭喷嘴
- 发电 - 燃气轮机热段部件
- 化学加工 - 重整管、裂解器、热交换器
- 汽车 - 涡轮增压器部件、排气阀
其他用途包括核燃料元件包层、熔炉部件和玻璃模具。哈氏合金 X 具有良好的抗氧化性，因此在许多应用中都能取代更昂贵的难熔金属。
组成和规格
哈氏合金 X 粉末的标称成分（重量 %）通常为
- 镍47%
- 铬： 22%
- 铁: 18%
- 钼：9%
- 钴： 2.5%
- 钨：1%
哈氏合金 X 粉末的主要规格包括
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 颗粒大小 | 15-45 μm |
| 氧气含量 | <1000 ppm |
| 表观密度 | ≥4 g/cc |
| 流量 | ≥25 秒/50 克 |
| 化学成分 | 倪：平衡 <br> Cr: 21-23% <br> 铁：17-20% <br> Mo: 8-10% <br> Co: 2-3% <br> W: 0.6-1.2% |
哈氏合金 X 零件的制造工艺
哈氏合金 X 粉末可通过多种快速成型和传统制造技术用于制造部件。
快速成型制造工艺
激光粉末床融合（L-PBF）
L-PBF 是最常见的金属增材制造工艺之一。激光根据三维模型有选择地熔化和融合粉末层，逐层制造零件。哈氏合金 X 粉末的球形形态和优化的尺寸分布非常适合这种工艺。
L-PBF 哈氏合金 X 零件的主要优点
- 复杂的几何形状和轻质结构
- 尽量减少材料浪费
- 高密度和机械性能
- 良好的表面光洁度
- 原型和生产周期短
定向能量沉积 (DED)
DED 使用激光、电子束或等离子弧等聚焦热源熔化金属粉末或金属丝，然后逐层沉积和堆积。
使用哈氏合金 X 的 DED 的优点包括
- 修复和增加现有部件功能的能力
- 与粉末床工艺相比，制造量更大
- 低孔隙率和残余应力
- 可组合不同的材料或梯度
粘结剂喷射
在粘合剂喷射过程中，液态粘合剂被选择性地喷射到金属粉末床上，形成绿色零件。然后对哈氏合金 X 绿色零件进行烧结，将颗粒熔合成致密的最终零件。
粘结剂喷射哈氏合金 X 零件的优点：
- 与激光工艺相比，打印速度极快
- 无需支撑结构
- 可实现大量生产
- 设备成本低于激光加工
传统制造工艺
哈氏合金 X 粉末还可用于加工成完全致密的部件：
- 金属注射成型 (MIM) - 将细粉与粘合剂混合，注射成型，然后烧结
- 热等静压 (HIP) - 对粉末施加高温和等静压气体压力使其固化
- 粉末锻造 - 在模具中压制和加热粉末，使其成形和致密化
通过这些传统的粉末冶金方法，只需极少的机械加工就能生产出复杂的网状零件。各向同性的特性可提供可靠的性能。
如何选择哈氏合金 X 粉末
粉末特性
在选择哈氏合金 X 粉末时，需要考虑的关键特性包括
颗粒大小 - 影响粉末流动性、表面光洁度和密度。典型范围为 15-45 μm。更细的粉末分辨率更高，但流动性可能较差。
形态学 - 表面光滑的球形粉末具有最佳的流动性和铺展性。不规则的形状会增加处理难度。
表观密度 - 密度越高，粉末床的装载量、导热性和最终零件密度就越高。推荐值为 ≥4 g/cc。
流量 - 这对在构建板上顺利铺粉非常重要。25-35 秒/50 克的流速表明流动性良好。
氧气含量 - 氧气含量越低，密度和机械性能越好。应小于 1000 ppm。
化学成分 - 必须符合指定的哈氏合金 X 性能成分范围。
供应商信誉和质量体系
要获得可靠、稳定的粉末，必须有信誉良好、质量控制严格的供应商：
- 严格的化学分析和粉末特性测试
- 在受控条件下生产的粉末
- 严格的批次抽样和测试
- 处理、储存和运输的过程控制和 SOP
- ISO 9001、ISO 13485 等质量认证
费用
哈氏合金 X 粉末的价格在 $60-100 美元/千克之间。价格取决于订单数量、粉末质量/特性、供应商品牌和地理位置。订单量越大，单位成本通常越低。
如何选择哈氏合金 X 粉末供应商
选择哈氏合金 X 粉末供应商的关键因素包括
声誉 - 经验丰富的公司，其成功经验和客户满意度已得到证明。查看推荐信和案例研究。
质量 - 严格的质量控制、取样、测试、认证和文档编制。
专业知识 - 深厚的冶金和粉末生产知识。能够根据需要定制粉末。
一致性 - 强大的流程确保每一批产品都符合规格书的要求。
库存 - 从小批量到大批量的现货供应，避免了漫长的交货时间。
客户服务 - 对询问、技术支持和指导做出响应。
分销网络 - 您附近的仓库可避免漫长的运输时间和延误。
价格 - 针对所需订单量和粉末特性提供合理的价格。
条款 - 灵活的付款条件、运输成本/时间和购买选择。
全球领先的哈氏合金 X 粉末供应商包括山特维克、Carpenter Technology、Praxair 和 AP&C。使用这些标准对多家供应商进行比较，有助于找到最适合您的需求和预算的供应商。
安装和操作哈氏合金 X 粉末 AM 系统
安装和操作能够加工哈氏合金 X 粉末的金属快速成型制造系统需要注意以下几点：
系统要求 - 电源、惰性气体供应、冷却器、通风。EOS M400 等 L-PBF 系统需要 ~65 千瓦的功率。
设施条件 - 温度 20-25°C。相对湿度 30-70%。温度/湿度波动最小。
人员 - 训练有素的系统操作员。独立的后处理团队。系统维护支持。
原料处理 - 手套箱、粉末筛分设备、粉末回收系统。尽量减少粉末与空气和湿气的接触。
工作流程 - 参数优化、构建设置、后处理、质量控制。从设计到成品的数字化工作流程。
监测要求 - 监控摄像机。残氧分析仪。参数超标时发出警报。
安全 - 封闭系统。操作员个人防护设备金属粉末的暴露极限防火防爆措施
维护 - 按照制造商的规定进行定期维护。激光、光学、粉末处理系统、传感器。
校准 - 定期校准激光功率计、粉末层厚度装置和氧气传感器。
参数优化 - 通过优化激光功率、速度、舱口间距、层厚和构建方向，实现材料特性。
要安全、可重复地生产出高质量的哈氏合金 X 部件，就必须对这些方面进行严密的控制和监测。
哈氏合金 X AM 零件的后处理方法
增材制造的哈氏合金 X 成品需要进行后处理，以获得最终性能和质量：
支持移除 - 对于某些工艺（如 L-PBF），必须从内腔和悬臂上拆除支撑物，通常采用电火花线切割。
缓解压力 - 在固溶退火温度以下进行热处理，以减少制造过程中产生的残余应力。范围为 450-760°C。
热等静压（HIP） - 在高温下使用高压惰性气体，封闭内部空隙并使微观结构致密。
表面处理 - 加工、打磨、喷砂或抛光外表面，以改善表面粗糙度、精度和美观度。
最后部件清洁 - 振动抛光、碱性溶液或溶剂清洗可去除松散的粉末颗粒和表面污染物。
解决方案 - 加热至合金溶解温度以上，然后快速冷却/淬火，以溶解次生相，提高机械性能。
老化/沉淀硬化 - 热处理，使合金微观结构中形成细小的强化析出物。
适当的后处理是实现应用所需的材料特性和性能的关键。使用的方法取决于 AM 工艺、设计几何形状和最终使用功能要求。
哈氏合金 X 粉末和部件的质量控制与测试
在使用哈氏合金 X 粉末原料和印刷部件时，彻底的质量控制和测试至关重要：
粉末测试 - 化学成分、粒度分布、流速、表观密度、形态、杂质。确保粉末符合规格。
参数监测 - 在生产过程中对涂层厚度、再涂器刀片速度、激光功率、舱口间距、扫描速度等进行监控，以确保达到最佳生产效果。
目视检查 - 检查表面缺陷、开裂、翘曲、层间分层，必要时使用染料渗透剂。
尺寸检查 -使用坐标测量机或 3D 扫描仪测量关键尺寸，检查是否符合 CAD 模型。
密度测定 - 验证是否达到 99.5% 的理论密度，以确保机械完整性。使用阿基米德法或 X 射线 CT 扫描。
表面粗糙度测试 - 量化竣工部件和后处理部件的表面光洁度。光学轮廓仪或测针仪器。
机械测试 - 根据适用的 ASTM 标准进行拉伸、疲劳、断裂韧性、硬度和夏比冲击测试。
微观结构表征 - 光学、扫描电镜和 EBSD 分析可检查气孔、裂纹、晶粒形态、析出物和位错。
化学分析 - ICP-OES 或 XRF 光谱检验最终合金成分是否正确。
无损检测 - 对关键部件进行超声波、射线、涡流和磁粉检测。
大量的测试数据验证了产品的特性和质量。未通过任何检查的部件可能需要重新制造或进一步的后处理。
哈氏合金 X 与替代品的优缺点对比
哈氏合金 X
优点
- 卓越的高温机械性能，最高可达 ~700°C
- 抗氧化性优于不锈钢或铬镍铁合金 718
- 强度高于铬镍铁合金 625，同时具有抗氧化性
- 与其他镍基超合金相比，具有良好的焊接性
- 成本低于钽或钨等难熔合金
缺点
- 与铬镍铁合金 718 相比，在 ~650°C 以上的高温性能较差
- 在高温下与硫或铅接触会发生脆化
- 比奥氏体不锈钢更难加工
- 成本高于不锈钢
铬镍铁合金 625
优点
- 在各种环境中均具有出色的耐腐蚀性能
- 室温和 600°C 时强度高
- 良好的抗氧化性，最高可达 980°C
- 成本低于哈氏合金 X 或铬镍铁合金 718
缺点
- 高温强度低于哈氏合金 X
- 在某些环境下易发生点蚀
- 受热疲劳开裂影响
铬镍铁合金 718
优点
- 强度保持率高达 704°C，在超高温条件下比哈氏合金 X 更好
- 高抗蠕变性和抗疲劳性
- 在许多环境中都具有良好的耐腐蚀性
缺点
- 在 600°C 以上的温度下抗氧化性差
- 容易出现焊后开裂
- 比哈氏合金 X 更难焊接
316L 不锈钢
优点
- 在各种环境中均具有出色的耐腐蚀性
- 易于焊接和加工
- 良好的生物兼容性，可用于医疗用途
- 成本低于镍超合金
缺点
- 高温能力有限，不能超过 ~315°C
- 在某些环境下易发生点蚀和缝隙腐蚀
- 硬度和耐磨性较低
哈氏合金 X 是可制造性、强度和高达 704°C 的抗氧化性的最佳组合，在许多应用中都比这些替代品更具优势。
AM 哈氏合金 X 零件的用途和应用
快速成型技术使生产复杂的哈氏合金 X 部件成为可能，这些部件是为要求苛刻的应用而定制的：
航空航天
- 燃烧罐和内衬
- 飞机发动机叶片和喷嘴
- 火箭推进器和推进组件
- 航天器涡轮泵和阀门
燃气轮机
- 燃烧器、过渡装置和热气通道部件
- 燃料喷嘴
- 隔热罩
- 叶片、叶片和护罩
化学加工
- 转化炉管
- 乙烯裂解管
- 烟气脱硫工艺气体交换器
- 流化催化裂化装置催化剂喷嘴
汽车
- 排气系统组件
- 涡轮增压器轮毂和外壳
- 热屏蔽部件
玻璃模具
- 精密玻璃透镜和棱镜模具
- 玻璃吹制模具
核电
- 燃料元件包层和组件
与传统材料和制造工艺相比，哈氏合金 X 的独特优势使其在这些极端环境中能够制造出更轻、更强的部件。
安装和维护哈氏合金 X AM 部件
在要求苛刻的应用中，正确的安装和维护是哈氏合金 X AM 部件达到预期使用寿命的关键：
表面处理 - 对于涡轮叶片等部件，应仔细抛光表面并清除缝隙中残留的粉末，以防止在使用过程中加速腐蚀。
尺寸检查 - 确保后处理后的关键界面和尺寸符合规格，以便零件在组装时正确配合。
递送预防措施 - 装配时要注意避免螺纹和表面咬合。使用正确的扭紧方法。
防腐蚀 - 在配合表面涂上适当的保护涂层作为腐蚀抑制剂。在涂层过程中屏蔽冷却孔。
安装方法 - 在部件安装过程中遵循制造商的说明。考虑 AM 微结构的热膨胀差异。
运行条件 - 使用中不得超过温度、压力、流量、转速和负载极限。
监测 - 利用传感器和在线监测跟踪部件状况，及早发现问题。
维护 - 定期检查磨损、裂缝、腐蚀损坏、翘曲和氧化情况。根据需要进行更换。
清洁程序 - 在维护过程中使用正确的技术清洁部件，同时不损坏表面。
正确的安装加上监测、维护和必要时的更换，将充分发挥 AM 哈氏合金 X 部件的长期性能潜力。
有关哈氏合金 X 粉末的常见问题
问：哪种粒度范围最适合 L-PBF 等 AM 工艺？
答：建议粒度范围为 15-45 微米。15 微米左右的较细粉末可提供良好的分辨率和表面光洁度，而 45 微米以下的粉末可提高粉末流动性和堆积密度。
问：在 AM 之前，哈氏合金 X 粉末是否需要干燥或等离子处理？
答：哈氏合金 X 粉末通常是在惰性气体中喷雾雾化的，因此在印刷前不需要额外的干燥或等离子处理。粉末应妥善处理，避免在储存/运输过程中从空气中吸收过多水分。
问：哈氏合金 X 的常见热处理程序有哪些？
答：典型的热处理是在 1150°C 下固溶退火 2 小时，然后空冷，接着在 760°C 下沉淀硬化 20 小时，然后空冷。这可通过伽马析出强化哈氏合金 X。