一种适用于增材制造的镍基高温合金

1.本发明属于金属合金材料领域，特别涉及一种适用于增材制造的镍基高温合金。


背景技术：

2.镍基高温合金是高温零部件中应用最广泛的合金材料。因其热膨胀系数低、热导率高、高温强度高等优点，被广泛应用于化工、航空、核工业等领域。
3.对于复杂的镍基高温合金部件，特别是含有复杂多结构内腔的零部件，采用传统的制造方法如：铸造、锻造、机加工等方法难以制造，并且从产品设计、毛坯成形到最后的产品，存在制造周期长，材料利用率低，成本高等问题。增材制造技术的发展和应用有效地解决了以上问题，使设计者可以根据实际情况设计相应的复杂结构件，极大地提升了设计自由度，缩短了制造周期，同时也能够实现损伤零部件的快速修复，节省了大量时间和制造成本。
4.现有镍基合金体系用于增材制造时应力较大，易产生裂纹、气孔等缺陷，成形性及工艺性差，难以满足使用要求，限制了镍基合金在增材制造方面的应用。因此，需要开发适用于增材制造的新型镍基高温合金材料。


技术实现要素：

5.为了解决适用于增材制造的镍基高温合金种类少、成形性及工艺性差的问题，本发明旨在提供一种适用于增材制造的镍基高温合金及其制备方法，增材制造的样品没有裂纹、气孔等缺陷，打印工艺性好，具有高强度、高塑性和优异的高温性能。
6.实现本发明目的的技术解决方案是：
7.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：15.00～21.00％，fe：17.00～23.00％，co：18.00～24.00％，mo：3.00～5.50％，al：1～4.00％，ti：0.50～1.00％，nb：0.05～0.10％，ta：0.50～1.00％，w：2.00～5.00％，re：0.01～0.05％，c：0.02～0.05％，b：0.001～0.08％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
8.上述适用于增材制造的镍基高温合金的制备方法，具体包括如下步骤：
9.将直径为0.8～1.2mm的镍合金丝材使用冷金属过渡焊接技术(cmt)制备镍合金块体，设置送丝速度为4.5～5.5m/min，熔覆速度为45～50cm/min，焊接电流为100～120a，在基板上堆焊出一个块状试样，且每一层焊道与上一层焊道垂直。
10.较佳的，将直径为0.8～1.2mm的镍合金丝材使用冷金属过渡焊接技术制备镍合金构件毛坯，设置送丝速度为4.5m/min，熔覆速度为45cm/min，焊接电流为100a，在基板上堆焊出一个块状试样，且每一层焊道与上一层焊道垂直。
11.本发明还提供了另一种适用于增材制造的镍基高温合金的制备方法，具体包括如下步骤：
12.将直径为15～53μm的镍合金粉末用激光选区熔化技术(slm)制备镍合金块体，设
置激光功率为100～110w，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为350～400mm/s，扫描间距为120～130μm，在基板上增材出一个块体试样。
13.较佳的，将直径为15～53μm的镍合金粉末用激光选区熔化制备镍合金构件，设置激光功率为100w，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为370mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个毛坯试样。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
15.本发明设计了一种适用于增材制造的镍基高温合金，该合金体系打印工艺性好，所制备样品没有裂纹、气孔等缺陷。制成丝材或粉末后通过增材制造得到的块状增材体平行于基板方向，室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为813～948mpa、602～702mpa、25～38％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为375～554mpa、174～267mpa、38～57％，增材体在950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为44～75mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为231～367h。增材体垂直于基板方向，室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为813～948mpa、602～702mpa、25～38％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为341～497mpa、161～295mpa、45～64％，增材体在950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为41～73mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为212～304h。总之，镍基合金增材制造出的样品打印工艺性、成形性较好，增材体具有高强度、高塑性和优异的高温性能。
具体实施方式
16.本发明提供了一种适用于增材制造的镍基高温合金，该体系镍基合金含有cr、fe、co、mo、al、ti、nb、ta、w、re、c、b等合金元素。制备所得的增材打印工艺性、成形性好，体性能优异，具有高强度、高塑性和优异的高温性能。
17.本发明所述的适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：15.00～21.00％，fe：17.00～23.00％，co：18.00～24.00％，mo：3.00～5.50％，al：1～4.00％，ti：0.50～1.00％，nb：0.05～0.10％，ta：0.50～1.00％，w：2.00～5.00％，re：0.01～0.05％，c：0.02～0.05％，b：0.001～0.08％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
18.其中，cr元素用于改善合金的高温抗氧化和抗腐蚀性能。fe元素用于提高对高温渗碳环境的抵抗性、控制热膨胀。co元素用于提高抗碳化、抗硫化性能。mo元素、w元素和nb元素起固溶强化作用。ti元素和al元素添加会形成弥散γ’沉淀强化相，提高合金高温强度。b元素的添加可使晶界强化。c元素、re元素的添加为优化合金性能，提高合金高温强度。ta元素的添加用于提高γ相的高温稳定性。ni元素为合金基体，o、c、p、s为杂质元素。经大量研究实验发现，上述合金元素之间相互协同作用，在上述合金元素范围内，所制备的镍基高温合金在增材过程中具有良好的工艺性，且具有优异的力学性能。
19.上述适用于增材制造的镍基高温合金的制备方法，具体包括如下步骤：
20.(1)按照设计的成分配置镍合金所需材料；
21.(2)将配置的材料放入真空熔炼炉中进行熔炼，浇铸成实心棒材；
22.(3)将浇铸的棒材进行多次轧制、拉拔，制成直径为0.8～1.2mm的镍合金丝材；
23.(4)将直径为0.8～1.2mm的镍合金丝材使用冷金属过渡焊接技术(cmt)增材制造
的方法制备镍合金块体，设置送丝速度为4.5～5.5m/min，熔覆速度为45～50cm/min，焊接电流为100～120a，在基板上堆焊出一个块状试样，且每一层焊道与上一层焊道垂直。
24.本发明还提供了另一种适用于增材制造的镍基高温合金的制备方法，具体包括如下步骤：
25.(1)按照设计的成分配置镍合金所需材料；
26.(2)将配置的材料放入真空熔炼炉中进行熔炼，浇铸成实心棒材；
27.(3)将棒材放入雾化炉中，采用真空惰性气体气雾化技术制成镍合金粉末；
28.(4)将制备的粉末进行筛分，选取直径为15～53μm的镍合金粉末进行增材制造；
29.(5)将镍合金粉末用于激光选区熔化技术(slm)制备镍合金块体，设置激光功率为100～110w，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为350～400mm/s，扫描间距为120～130μm，在基板上增材得到一个块体试样。
30.实施例1：
31.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：15.74％，fe：20.12％，co：21.02％，al：2.54％，mo：4.14％，ti：0.76％，nb：0.08％，ta：0.76％，w：3.62％，re：0.04％，c：0.03％，b：0.047％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
32.将镍基合金制成直径为0.8mm的丝材，使用cmt进行丝材的增材制造，设置送丝速度为4.5m/s、焊接电流为100a、熔覆速度为45cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20
×
20
×
20cm的块体试样。且每一层焊道与上一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
33.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
34.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为828mpa、623mpa、36％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为398mpa、179mpa、55％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为49mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为276h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为751mpa、531mpa、41％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为347mpa、166mpa、58％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为43mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为268h。
35.实施例2：
36.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：20.67％，fe：20.06％，co：21.35％，al：2.47％，mo：4.23％，ti：0.79％，nb：0.07％，ta：0.79％，w：3.59％，re：0.03％，c：0.04％，b：0.049％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
37.将镍基合金制成直径为0.8mm的丝材，使用cmt进行丝材的增材制造，设置送丝速度为4.5m/s、焊接电流为100a、熔覆速度为45cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20
×
20
×
20cm的块体试样。且每一层焊道与上一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
38.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
39.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为851mpa、643mpa、34％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为412mpa、198mpa、51％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为54mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为285h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为794mpa、554mpa、39％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为365mpa、178mpa、53％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为48mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为276h。
40.实施例3：
41.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.50％，fe：17.23％，co：21.43％，al：2.63％，mo：4.24％，ti：0.78％，nb：0.06％，ta：0.75％，w：3.51％，re：0.02％，c：0.03％，b：0.045％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
42.将镍基合金制成直径为1.0mm的丝材，使用cmt进行丝材的增材制造，设置送丝速度为5.0m/s、焊接电流为105a、熔覆速度为50cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20
×
20
×
20cm的块体试样。且每一层焊道与上一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
43.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
44.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为834mpa、641mpa、33％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为405mpa、196mpa、48％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为46mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为264h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为779mpa、575mpa、38％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为359mpa、169mpa、49％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为43mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为241h。
45.实施例4：
46.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.42％，fe：22.79％，co：21.12％，al：2.49％，mo：4.36％，ti：0.74％，nb：0.07％，ta：0.77％，w：3.53％，re：0.04％，c：0.02％，b：0.051％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
47.将镍基合金制成直径为1.0mm的丝材，使用cmt进行丝材的增材制造，设置送丝速度为5.0m/s、焊接电流为105a、熔覆速度为50cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20
×
20
×
20cm的块体试样。且每一层焊道与上一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
48.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直
于基板方向增材体的组织为柱状晶。
49.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为837mpa、652mpa、30％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为449mpa、218mpa、45％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为44mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为249h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为761mpa、598mpa、34％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为416mpa、211mpa、47％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为41mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为227h。
50.实施例5：
51.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.21％，fe：20.05％，co：21.04％，al：2.57％，mo：4.27％，ti：0.75％，nb：0.07％，ta：0.75％，w：2.03％，re：0.03％，c：0.04％，b：0.047％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
52.将镍基合金制成直径为1.2mm的丝材，使用cmt进行丝材的增材制造，设置送丝速度为5.5m/s、焊接电流为120a、熔覆速度为50cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20
×
20
×
20cm的块体试样。且每一层焊道与上一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
53.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
54.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为843mpa、655mpa、25％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为467mpa、222mpa、38％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为54mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为298h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为789mpa、572mpa、29％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为411mpa、196mpa、46％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为51mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为267h。
55.实施例6：
56.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.37％，fe：20.17％，co：21.15％，al：2.49％，mo：4.31％，ti：0.77％，nb：0.06％，ta：0.73％，w：4.97％，re：0.03％，c：0.03％，b：0.053％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
57.将镍基合金制成直径为1.2mm的丝材，使用cmt进行丝材的增材制造，设置送丝速度为5.5m/s、焊接电流为120a、熔覆速度为50cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20
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20
×
20cm的块体试样。且每一层焊道与上一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
58.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
59.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为836mpa、641mpa、25％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为489mpa、233mpa、39％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为55mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为313h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为756mpa、551mpa、30％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为429mpa、217mpa、45％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为50mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为297h。
60.实施例7：
61.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.12％，fe：20.12％，co：21.34％，al：2.47％，mo：4.29％，ti：0.76％，nb：0.08％，ta：0.74％，w：3.54％，re：0.04％，c：0.03％，b：0.001％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
62.将镍基合金制成直径为1.0mm的丝材，使用cmt进行丝材的增材制造，设置送丝速度为5.0m/s、焊接电流为105a、熔覆速度为50cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20
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20
×
20cm的块体试样。且每一层焊道与上一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
63.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
64.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为848mpa、656mpa、28％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为375mpa、174mpa、55％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为47mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为246h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为769mpa、579mpa、32％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为325mpa、161mpa、65％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为43mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为221h。
65.实施例8：
66.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.03％，fe：20.23％，co：21.46％，al：2.52％，mo：4.24％，ti：0.79％，nb：0.07％，ta：0.79％，w：3.59％，re：0.03％，c：0.04％，b：0.079％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
67.将镍基合金制成直径为1.0mm的丝材，使用cmt进行丝材的增材制造，设置送丝速度为5.0m/s、焊接电流为105a、熔覆速度为50cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20
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20
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20cm的块体试样。且每一层焊道与上一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
68.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
69.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和
蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为871mpa、624mpa、25％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为389mpa、182mpa、57％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为49mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为231h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为798mpa、547mpa、27％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为341mpa、171mpa、63％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为47mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为217h。
70.实施例9：
71.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.31％，fe：20.07％，co：18.18％，al：2.61％，mo：4.17％，ti：0.75％，nb：0.06％，ta：0.76％，w：3.45％，re：0.03％，c：0.02％，b：0.048％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
72.将镍合金制成15～53μm的镍合金粉末，使用激光选区熔化技术制备镍合金块体，设置激光功率为100w，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为350mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个尺寸为20
×
20
×
20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
73.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
74.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为879mpa、665mpa、33％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为401mpa、213mpa、51％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为57mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为287h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为809mpa、655mpa、32％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为363mpa、192mpa、62％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为54mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为264h。
75.实施例10：
76.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.46％，fe：20.43％，co：23.86％，al：2.57％，mo：4.25％，ti：0.71％，nb：0.08％，ta：0.78％，w：3.49％，re：0.03％，c：0.04％，b：0.043％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
77.将镍合金制成15～53μm的镍合金粉末，使用激光选区熔化技术制备镍合金块体，设置激光功率为100w，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为350mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个尺寸为20
×
20
×
20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
78.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
79.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈
服强度和断后伸长率分别为881mpa、678mpa、35％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为434mpa、245mpa、54％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为62mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为297h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为824mpa、572mpa、39％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为376mpa、217mpa、63％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为60mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为271h。
80.实施例11：
81.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.53％，fe：20.64％，co：21.08％，al：1.05％，mo：4.27％，ti：0.76％，nb：0.08％，ta：0.73％，w：3.45％，re：0.02％，c：0.03％，b：0.052％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
82.将镍合金制成15～53μm的镍合金粉末，使用激光选区熔化技术制备镍合金块体，设置激光功率为110w，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为400mm/s，扫描间距为130μm，在基板上增材出一个尺寸为20
×
20
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20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
83.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
84.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为834mpa、645mpa、37％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为475mpa、254mpa、46％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为58mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为237h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为789mpa、578mpa、41％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为429mpa、216mpa、54％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为55mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为212h。
85.实施例12：
86.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.41％，fe：20.49％，co：21.17％，al：3.98％，mo：4.31％，ti：0.72％，nb：0.07％，ta：0.75％，w：3.50％，re：0.03％，c：0.04％，b：0.046％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
87.将镍合金制成15～53μm的镍合金粉末，使用激光选区熔化技术制备镍合金块体，设置激光功率为110w，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为400mm/s，扫描间距为130μm，在基板上增材出一个尺寸为20
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20
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20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
88.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
89.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为825mpa、638mpa、35％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率
分别为489mpa、265mpa、45％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为60mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为256h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为758mpa、547mpa、40％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为437mpa、227mpa、57％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为57mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为225h。
90.实施例13：
91.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.24％，fe：20.23％，co：21.12％，al：2.64％，mo：3.07％，ti：0.75％，nb：0.07％，ta：0.74％，w：3.51％，re：0.04％，c：0.04％，b：0.050％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
92.将镍合金制成15～53μm的镍合金粉末，使用激光选区熔化技术制备镍合金块体，设置激光功率为105w，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为380mm/s，扫描间距为125μm，在基板上增材出一个尺寸为20
×
20
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20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
93.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
94.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为895mpa、685mpa、38％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为514mpa、298mpa、55％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为68mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为325h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为819mpa、607mpa、42％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为468mpa、264mpa、64％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为66mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为289h。
95.实施例14：
96.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.19％，fe：20.45％，co：21.34％，al：2.59％，mo：5.46％，ti：0.77％，nb：0.06％，ta：0.75％，w：3.55％，re：0.03％，c：0.03％，b：0.045％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
97.将镍合金制成15～53μm的镍合金粉末，使用激光选区熔化技术制备镍合金块体，设置激光功率为105w，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为380mm/s，扫描间距为125μm，在基板上增材出一个尺寸为20
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20
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20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
98.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
99.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为948mpa、702mpa、36％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为554mpa、318mpa、56％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为
75mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为367h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为896mpa、632mpa、39％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为497mpa、295mpa、63％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为73mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为304h。
100.实施例15：
101.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.23％，fe：20.17％，co：21.17％，al：2.65％，mo：4.21％，ti：0.78％，nb：0.08％，ta：0.51％，w：3.53％，re：0.03％，c：0.03％，b：0.043％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
102.将镍合金制成15～53μm的镍合金粉末，使用激光选区熔化技术制备镍合金块体，设置激光功率为100w，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为370mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个尺寸为20
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20
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20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
103.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
104.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为813mpa、624mpa、37％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为476mpa、283mpa、53％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为49mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为297h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为759mpa、577mpa、42％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为423mpa、216mpa、61％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为46mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为264h。
105.实施例16：
106.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.46％，fe：20.04％，co：21.32％，al：2.57％，mo：4.28％，ti：0.72％，nb：0.06％，ta：0.96％，w：3.57％，re：0.04％，c：0.03％，b：0.046％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
107.将镍合金制成15～53μm的镍合金粉末，使用激光选区熔化技术制备镍合金块体，设置激光功率为100w，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为370mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个尺寸为20
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20
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20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。
108.制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。
109.按照拉伸试验和蠕变实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品和蠕变实验样品，并进行拉伸试验和蠕变实验。在平行于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为823mpa、602mpa、36％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为485mpa、297mpa、52％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为55mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为312h。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强
度、屈服强度和断后伸长率分别为764mpa、558mpa、42％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为428mpa、230mpa、63％，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为51mpa，950℃/70mpa测试条件下持久时间为287h。
110.实施例17：
111.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.47％，fe：20.79％，co：21.45％，al：2.61％，mo：4.28％，ti：0.78％，nb：0.08％，ta：0.74％，w：3.61％，re：0.03％，c：0.03％，b：0.050％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
112.将镍基合金制成直径为0.8mm的丝材，使用cmt进行丝材的增材制造，设置送丝速度为4.5m/s、焊接电流为100a、熔覆速度为45cm/min，在基板上堆焊出一个直径为0.5m的涡轮盘毛坯试样，并通过机加工制成涡轮盘成品。
113.增材的涡轮盘毛坯无变形、开裂。机加工的涡轮盘成品x射线无损检测分析结果表明，增材试样没有出现裂纹气孔等缺陷。
114.在上述同等制备工艺条件下，使用传统gh4169高温合金丝材增材涡轮盘毛坯试样时，制备的毛坯变形大、出现大量的裂纹等缺陷，无法进行后续机加工，说明其难以适用cmt增材。
115.实施例18：
116.一种适用于增材制造的镍基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：cr：18.57％，fe：21.34％，co：22.53％，al：1.57％，mo：3.14％，ti：0.76％，nb：0.06％，ta：0.76％，w：4.25％，re：0.04％，c：0.03％，b：0.045％，o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
117.将镍合金制成15～53μm的镍合金粉末，使用激光选区熔化技术制备镍合金构件，设置激光功率为100w，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为370mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个直径为0.5m的涡轮盘试样。
118.所制试样表面精度高，无变形。x射线无损检测分析结果表明，增材试样没有裂纹、气孔等缺陷。
119.在上述同等制备工艺条件下，使用传统gh4169高温合金粉末增材涡轮盘毛坯试样时，激光选区熔化制备的涡轮盘成型质量差，出现大量的裂纹等缺陷，难以满足使用要求。
120.表1至表5分别给出了各实施例的成分和测试结果。
121.表1具体实施例成分表(wt.％)
[0122][0123]
注：o≤10ppm，n≤10ppm，s≤10ppm，p≤10ppm，o+n+s≤25ppm，余量为ni。
[0124]
表2室温拉伸性能参数
[0125]
[0126][0127]
注：横向为平行于基板方向，纵向为垂直于基板方向，σb、σs、δ分别表示抗拉强度、屈服强度、断后伸长率。
[0128]
表3 950℃拉伸性能参数
[0129]
[0130][0131]
注：横向为平行于基板方向，纵向为垂直于基板方向，σb、σs、δ分别表示抗拉强度、屈服强度、断后伸长率。
[0132]
表4 950℃/70mpa持久性能参数
[0133][0134]
注：横向为平行于基板方向，纵向为垂直于基板方向，τ表示持久时间。
[0135]
表5 950℃/100h(ε
p
＝1)蠕变性能参数
[0136]
[0137][0138]
注：横向为平行于基板方向，纵向为垂直于基板方向，σ表示蠕变极限。
[0139]
本发明并不限于上述实施方案。对本发明的任何改进，对本发明产品各元素的等效替换及辅助成分的添加、制备方法的改变等，均在本发明保护范围和公开范围之内。