2023 年最适合 3D 打印的 IN939 粉末
IN939 粉末是一种镍基超级合金，具有优异的机械性能和很强的抗腐蚀和抗氧化能力。它主要由镍、铬、钴、钼和钽组成。这种成分使 IN939 粉末在高温下具有出色的强度、耐热性和稳定性。
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目录
用于 3D 打印的 IN939 粉末概述
IN939 是一种高性能镍基超合金粉末，专为需要在高温下具有优异机械性能的关键部件的增材制造而设计。本文全面介绍了 IN939 粉末在航空航天、汽车、能源和工业领域的 3D 打印应用。
主要内容包括 IN939 的成分、特性、印刷参数、应用、规格、供应商、处理、检验、与替代品的比较、优势和局限性以及常见问题。定量数据以易于参考的表格形式呈现。
IN939 粉末的成分
IN939 具有复杂的沉淀硬化合金成分：
| 要素 | 重量 % | 目的 |
|---|---|---|
| 镍 | 平衡 | 主矩阵元素 |
| 铬 | 15 – 18 | 抗氧化性 |
| 铝质 | 3.8 – 4.8 | 沉淀硬化 |
| 钛 | 0.9 – 1.4 | 沉淀硬化 |
| 钴 | 12 – 15 | 固体溶液强化 |
| 钽 | 3.8 – 4.8 | 硬质合金成形器 |
| 碳 | 0.05 – 0.15 | 硬质合金成形器 |
| 硼 | 0.006 – 0.012 | 晶界强化剂 |
此外，还添加了微量的锆、镁和硫，以增强其性能。
IN939 粉末的特性
IN939 集多种特性于一身：
| 物业 | 说明 |
|---|---|
| 高强度 | 拉伸和蠕变断裂强度极佳，最高可达 1050°C |
| 热稳定性 | 强度可保持至 1000°C |
| 抗蠕变性 | 高温下的高应力破裂寿命 |
| 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 |
| 相位稳定性 | 长期暴露后微观结构保持稳定 |
| 耐腐蚀性 | 耐热腐蚀、氧化和硫化 |
这些特性可以在极端的热负荷和机械负荷下使用。
IN939 粉末的 3D 打印参数
IN939 的典型 AM 处理参数包括
| 参数 | 典型值 | 目的 |
|---|---|---|
| 层厚度 | 20-50 μm | 分辨率与构建速度 |
| 激光功率 | 250-500 W | 充分熔化而不蒸发 |
| 扫描速度 | 800-1200 毫米/秒 | 密度与生产率 |
| 舱口间距 | 100-200 μm | 机械性能 |
| 支持结构 | 最低限度 | 轻松移除 |
| 热等静压 | 1160°C，100 兆帕，3 小时 | 消除气孔 |
根据密度、微观结构、制造率和后处理要求等属性对参数进行优化。
3D 打印 IN939 零件的应用
快速制造的 IN939 组件可用于各种关键应用，包括
| 行业 | 组件 |
|---|---|
| 航空航天 | 涡轮叶片、叶片、燃烧器 |
| 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、反应容器 |
与传统加工的 IN939 相比，它的优势在于可以加工复杂的几何形状并缩短交货时间。
用于 3D 打印的 IN939 粉末的规格
用于 AM 的 IN939 粉末必须符合严格的规格要求：
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 颗粒大小 | 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 | <100 ppm |
可提供更严格的公差、定制尺寸分布和受控杂质含量。
IN939 粉末供应商
IN939 粉末的知名供应商包括
| 供应商 | 地点 |
|---|---|
| 山特维克鹗 | 英国 |
| 木匠添加剂 | 美国 |
| 普莱克斯 | 美国 |
| AP&C | 加拿大 |
| Erasteel | 瑞典 |
| 阿梅泰克 | 美国 |
根据质量和订单量，IN939 粉末的价格从 $110/kg 到超过 $220/kg 不等。
IN939 粉末的处理和储存
作为一种活性粉末，需要小心处理 IN939：
- 将密封容器存放在阴凉、惰性环境中
- 防止接触湿气、氧气和酸
- 使用正确接地的设备
- 避免灰尘积聚，最大限度地降低爆炸风险
- 建议进行局部通风
- 操作时穿戴适当的个人防护设备
适当的技术和控制措施可防止 IN939 粉末氧化或污染。
检查和测试 IN939 粉末
IN939 粉末通过了验证：
| 方法 | 测试参数 |
|---|---|
| 筛分分析 | 粒径分布 |
| 扫描电子显微镜成像 | 颗粒形态 |
| EDX | 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，确保批次一致性。
IN939 与其他合金粉的比较
IN939 与其他镍基超级合金的比较如下
| 合金 | 高温强度 | 费用 | 可印刷性 | 延展性 |
|---|---|---|---|---|
| IN939 | 优秀 | 高 | 优秀 | 低 |
| IN738 | 良好 | 中型 | 优秀 | 中型 |
| IN718 | 公平 | 低 | 良好 | 优秀 |
| 哈氏合金 X | 优秀 | 高 | 公平 | 中型 |
就平衡特性和加工性能而言，IN939 优于 IN718 或哈氏合金 X 等替代品。
用于 3D 打印的 IN939 粉末的优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 出色的高温强度 | 与 IN718 相比价格昂贵 |
| 卓越的抗氧化性和抗蠕变性 | 需要对参数进行重大优化 |
| 复杂几何形状可行 | 室温延展性有限 |
| 加工速度比铸/锻快 | 受控的存储和处理环境 |
| 性能与铸造合金相当 | 印刷后难以加工 |
IN939 可实现高性能的印刷部件，但成本较高，且需要控制加工过程。
有关用于 3D 打印的 IN939 粉末的常见问题
问：哪种粒度范围最适合印制 IN939？
答：15-45 微米的粒度范围可提供良好的流动性，同时具有较高的分辨率和密度。10 微米以下的细颗粒可提高密度和表面光洁度。
问：IN939 在 3D 打印后需要进行任何后处理吗？
答：通常需要进行热等静压、热处理和机加工等后处理工序，以消除气孔、消除应力、达到最终公差和表面光洁度。
问：IN939 印刷部件的精度如何？
答：经过后处理后，IN939 AM 部件的尺寸精度和表面光洁度可媲美数控加工部件。
问：印刷 IN939 粉末是否需要支撑结构？
答：对于复杂的沟槽和悬臂，建议尽量减少支撑，以防止变形并方便拆卸。IN939 粉末具有良好的流动性。
问：哪种合金粉末最接近 IN939 的 AM 替代品？
答：就增材制造的平衡特性和成熟度而言，IN738 是最接近的替代品。其他合金（如 IN718 或哈氏合金 X）则需要权衡利弊。
问：IN939 是否与直接金属激光烧结 (DMLS) 兼容？
答：是的，IN939 可通过主要的粉末床熔融技术进行加工，包括 DMLS 以及选择性激光熔融 (SLM) 和电子束熔融 (EBM)。
问：3D 打印 IN939 组件的密度如何？
答：通过优化参数，密度可超过 99%，与传统加工的 IN939 产品性能相匹配。
问：印刷版 IN939 的性能与铸造合金相比如何？
答：与传统的铸造和锻造形式相比，添加剂制造的 IN939 具有相当或更好的机械性能和微观结构。
问：使用 IN939 粉末印刷时会出现哪些缺陷？
答：潜在缺陷包括开裂、变形、气孔、表面粗糙度、不完全熔合等。大多数缺陷都可以通过适当的参数优化和粉末质量来避免。
问：IN939 AM 零件是否必须进行热等静压 (HIP)？
答：HIP 可消除内部空隙，提高抗疲劳性。对于要求不高的应用，只进行热处理即可，无需 HIP。
增材制造解决方案的领先供应商，总部位于中国青岛。