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
平衡 基质元素具有耐腐蚀性
15 – 17 抗氧化性
铝质 3.4 – 4.4 沉淀硬化
3.2 – 4.2 沉淀硬化
最大 12.5 固体溶液强化
8.5 – 10 固体溶液强化
1.5 – 2.5 蠕变强化
1 – 2 沉淀硬化
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 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。

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