K465 Legierungspulver
K465 Legierungspulver ist ein Pulver auf Nickelbasis Superlegierung das sich durch hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen auszeichnet. Es wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Energieerzeugung und der chemischen Industrie verwendet.
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Inhaltsübersicht
Pulver der Legierung K465: Zusammensetzung, Eigenschaften, Anwendungen und Spezifikationen
K465 ist eine beliebte Wahl für die Luft- und Raumfahrt, die Energieerzeugung und die chemische Verarbeitungsindustrie, wo Komponenten hohen Temperaturen oder aggressiven Umgebungen ausgesetzt sind. Es ermöglicht den 3D-Druck komplexer Geometrien für optimale Leistung.
Dieser Artikel enthält detaillierte Informationen über die Zusammensetzung, Eigenschaften, Anwendungen, Spezifikationen, Verfügbarkeit, Verarbeitung und Vergleiche von K465-Superlegierungspulver für die additive Fertigung.
K465 Legierung Pulverzusammensetzung
Die nominelle Zusammensetzung des Nickelbasis-Superlegierungspulvers K465 ist nachstehend angegeben:
Element | Gewicht % |
---|---|
Nickel (Ni) | Bilanz |
Chrom (Cr) | 15 – 17% |
Kobalt (Co) | 9 – 10% |
Molybdän (Mo) | 3% |
Tantal (Ta) | 4.5 – 5.5% |
Aluminium (Al) | 5 – 6% |
Titan (Ti) | 0.5 – 1% |
Bor (B) | 0,01% max |
Kohlenstoff (C) | 0,03% max |
Zirkonium (Zr) | 0,01% max |
Niobium (Nb) | 1% max |
Nickel bildet die Basis der Legierung und liefert eine kubisch-flächenzentrierte Matrix für die Hochtemperaturfestigkeit. Elemente wie Chrom, Kobalt und Molybdän tragen zur Mischkristallverfestigung bei und ermöglichen die Ausscheidungshärtung.
Aluminium und Titan werden zugesetzt, um Gamma Prime-Ausscheidungen Ni3(Al,Ti) zu bilden, die für Härte und Kriechfestigkeit bis 700°C sorgen. Tantal sorgt für die Festigkeitssteigerung in Mischkristallen und bildet Karbide zur Kontrolle der Kornstruktur. Bor erleichtert die Ausscheidung von komplexen Karbiden.
Die ausgewogene Zusammensetzung des Nickelsuperlegierungspulvers K465 führt zu einer Kombination aus Festigkeit, Duktilität, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit, die für additiv gefertigte Hochleistungskomponenten erforderlich ist. Die optimierten Gehalte an Legierungselementen können auf die Anforderungen des Endprodukts zugeschnitten werden.
K465 Legierung Pulver Eigenschaften
K465-Superlegierungspulver, das durch Laser-Pulverbettschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen verarbeitet wird, weist im eingebauten und wärmebehandelten Zustand die folgenden Eigenschaften auf:
Mechanische Eigenschaften
Eigentum | Ist-Zustand | Nach der Wärmebehandlung |
---|---|---|
Zugfestigkeit | 1050 - 1250 MPa | 1150 - 1350 MPa |
Streckgrenze | 750 - 950 MPa | 1000 - 1200 MPa |
Dehnung | 10 – 25% | 8 – 15% |
Härte | 35 - 45 HRC | 42 - 48 HRC |
- Hohe Festigkeitswerte, vergleichbar mit Guss- und Knetsuperlegierungen auf Ni-Basis
- Die nach der Wärmebehandlung erhaltene Duktilität ermöglicht ein gewisses Maß an Umformung/Schmieden
- Ausscheidungshärtung durch Gamma-Prime-Phase nach Lösungsbehandlung
Physikalische Eigenschaften
Eigentum | Wert |
---|---|
Dichte | 8,1 - 8,3 g/cc |
Schmelzpunkt | 1260 - 1350°C |
Wärmeleitfähigkeit | 11 - 16 W/m-K |
Wärmeausdehnungskoeffizient | 12 - 16 x 10-6 /K |
Eigenschaften bei hohen Temperaturen
Eigentum | Wert |
---|---|
Betriebstemperatur | Bis zu 700°C |
Oxidationsbeständigkeit | Gut bis zu 850°C |
Phasenstabilität | Behält die Festigkeit bis zu 70% des Schmelzpunkts bei |
Kriechbruchfestigkeit | 140 MPa bei 700°C für 1000 Stunden |
- Behält mehr als die Hälfte seiner Festigkeit bei maximaler Betriebstemperatur
- Widersteht Oxidation und Heißkorrosion in Gasturbinenumgebungen
- Ausgezeichnete Zeitstandfestigkeit unter Belastung bei hoher Temperatur
Andere bemerkenswerte Eigenschaften
- Mit herkömmlichen Schmelzschweißverfahren schweißbar
- Gute Oberflächengüte und Maßhaltigkeit bei AM-Produkten
- Anpassbar mit verschiedenen Wärmebehandlungen
- Hohe Beständigkeit gegen thermische Ermüdung und Risswachstum
Durch die ausgewogenen mechanischen, physikalischen und thermischen Eigenschaften eignet sich K465 für extreme Umgebungen, wie sie in Triebwerken für die Luft- und Raumfahrt, in Stromerzeugungssystemen und in chemischen Verarbeitungsanlagen auftreten. Die Eigenschaften können je nach den Anforderungen der Anwendung feinabgestimmt werden.
K465 Legierungspulver Anwendungen
Zu den wichtigsten Anwendungen für additiv hergestellte Teile aus der Superlegierung K465 gehören:
Luft- und Raumfahrt:
- Brennkammerauskleidungen, Vergrößerungen, Flammenhalter in Düsentriebwerken
- Strukturelle Halterungen, Rahmen, Gehäuse, Beschläge
- Heißteilkomponenten wie Turbinenschaufeln und Leitschaufeln
- Raketenantriebssysteme und Raumfahrtantriebe
Stromerzeugung:
- Wärmetauscher, Rohrleitungen, Ventile, Verteiler in Kesseln und Wärmerückgewinnungssystemen
- Komponenten des Heißgasweges von Gasturbinen wie Düsen, Ummantelungen
- Solarstromempfänger und -kollektoren
Automobilindustrie:
- Räder und Gehäuse für Turbolader
- Auspuffanlagenkrümmer und Komponenten
Chemische Verarbeitung:
- Reformerrohre, Reaktionsgefäße, Wärmetauscherkomponenten
- Rohrleitungen, Ventile, Pumpen für korrosive Chemikalien
- Werkzeuge wie Dorne, Vorrichtungen für Verbundwerkstoffteile
Vorteile:
- Hält dem Dauereinsatz bei über 700°C stand - geringere Dichte als konkurrierende Legierungen
- Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit in Heißgasumgebungen
- Reduziert das Bauteilgewicht im Vergleich zu gegossenen Nickellegierungen
- Ermöglicht komplexe optimierte Geometrien, die beim Gießen nicht möglich sind
- Konsolidiert mehrere Teile zu einer gedruckten Komponente
- Spart Materialabfall im Vergleich zu subtraktiven Methoden
- Kürzere Vorlaufzeiten im Vergleich zur traditionellen Verarbeitung
K465 wird häufig als Ersatz für schwerere, teurere Superlegierungen in Triebwerken für die Luft- und Raumfahrt und in landgestützten Stromversorgungssystemen verwendet. Das Legierungspulver kann auf die Anforderungen extremer Temperatur-, Druck- und Korrosionsbedingungen zugeschnitten werden.
K465 Legierungspulver Spezifikationen
K465-Legierungspulver für AM-Prozesse wird von verschiedenen Herstellern mit den folgenden Nominalspezifikationen geliefert:
Parameter | Spezifikation |
---|---|
Partikelgrößenverteilung | 15 - 53 Mikrometer |
Sauerstoffgehalt | 0,05% max |
Stickstoffgehalt | 0,05% max |
Morphologie | Sphäroidisch |
Scheinbare Dichte | 4,0 - 4,5 g/cc |
Dichte des Gewindebohrers | 4,5 - 5,0 g/cc |
Durchflussmenge | 15 - 25 s/50g |
- Für AM-Prozesse optimierte Korngrößenverteilung von Pulvern
- Hohe Fließfähigkeit des Pulvers gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Schicht
- Niedriger Sauerstoffgehalt minimiert das Risiko von Bauschäden
- Die sphärische Morphologie sorgt für eine gute Packungsdichte und ein dichtes Pulverbett
Zusätzliche Anforderungen:
- Das Pulver sollte in einer inerten Atmosphäre gehandhabt werden, um eine Kontamination zu vermeiden.
- Der Feuchtigkeitsgehalt muss unter 0,1 wt% gehalten werden, damit das Pulver gut fließt.
- Vorübergehende Lagerfähigkeit bis zu 1 Jahr in verschlossenen Behältern mit Argon
- Geöffnete Behälter müssen innerhalb von 1 Woche verwendet werden, um eine Zersetzung zu vermeiden.
Die Einhaltung der Pulverspezifikationen in Bezug auf Größe, Form, Chemie und Handhabung ist entscheidend für die Herstellung von AM-Teilen mit hoher Dichte und den erwarteten mechanischen Eigenschaften.
K465 Legierungspulver Verfügbarkeit
K465-Superlegierungspulver kann von großen Anbietern wie:
Hersteller | Produktname |
---|---|
Praxair | TA1 |
Zimmerer-Zusatzstoff | Fahrzeugtechnik K465 |
Sandvik Fischadler | K465-TCP |
Erasteel | Stellit AM K465 |
Das Legierungspulver wird in verschiedenen Größen verkauft, von 1-kg-Behältern für Forschungs- und Entwicklungszwecke bis hin zu 1000-kg-Behältern für Produktionsmengen. Die Preise reichen von $90-150 pro kg je nach Menge und Hersteller.
Vorlaufzeiten für die Beschaffung liegen in der Regel zwischen 2-8 Wochen nach Auftragsbestätigung. Kundenspezifische Partikelgrößenverteilungen und besondere Handhabung können eine längere Vorlaufzeit erfordern.
Der Bestand an K465-Pulver sollte genau überwacht und rechtzeitig nachbestellt werden, bevor er zur Neige geht. Engpässe können zu kostspieligen Ausfallzeiten der AM-Maschine führen. Ziehen Sie in Betracht, die Bestellungen über einen längeren Zeitraum zu verteilen, um den Bestand aufrechtzuerhalten.
K465 Legierung Pulververarbeitung
Parameterbereiche für AM-Prozesse:
Prozess | Vorwärmtemperatur | Schichtdicke | Laserleistung | Scan-Geschwindigkeit | Abstand zwischen den Luken |
---|---|---|---|---|---|
DMLS | 150 - 180°C | 20 - 60 μm | 195 - 250 W | 600 - 1200 mm/s | 0,08 - 0,12 mm |
EBM | 1000 - 1100°C | 50 - 200 μm | 5 - 25 mA | 50 - 200 mm/s | 0,1 - 0,2 mm |
- DMLS = Direktes Metall-Laser-Sintern
- EBM = Elektronenstrahlschmelzen
- Ein breiteres Spektrum an Parametern ermöglicht die flexible Optimierung von Oberflächengüte, Bauzeit oder mechanischen Eigenschaften
- Vorwärmung reduziert Eigenspannungen; bei EBM aufgrund der höheren Temperaturen höher
- Langsamere Scangeschwindigkeiten verbessern die Dichte, verlängern aber die Bauzeit
- Feine Schraffurabstände reduzieren die Porosität, erfordern aber mehr Scandurchgänge
Nachbearbeiten:
- Entnahme von Teilen aus der Bauplatte durch EDM-Drahtschneiden
- Entfernung von Pulverresten durch Glasperlenstrahlen
- Spannungsarmglühung bei 870°C für 1 Stunde
- HIP-Behandlung bei 1160°C unter 100 MPa Druck für 4 Stunden
- Aushärtungswärmebehandlung bei 760°C für 10 Stunden
Vorteile der Nachbearbeitung:
- HIP schließt interne Hohlräume und minimiert die Porosität
- Durch Wärmebehandlungen werden Eigenspannungen abgebaut und eine optimale Härte erreicht
- Ergibt annähernd 100% dichte Teile mit mechanischen Eigenschaften, die denen von Guss- und Knetteilen entsprechen
- Zusätzliches heißisostatisches Pressen (HIP) und Wärmebehandlungen können die Eigenschaften weiter verbessern
Parameterauswahl, Stützstrukturen, Bauausrichtung und Nachbearbeitungsschritte lassen sich auf der Grundlage der verwendeten AM-Technologie und der erforderlichen Eigenschaften optimieren.
K465 im Vergleich zu anderen Superlegierungspulvern
K465 gegenüber Inconel 718
Legierung | K465 | Inconel 718 |
---|---|---|
Dichte | Höher | Unter |
Zugfestigkeit | Ähnlich | Ähnlich |
Betriebstemperatur | 100°C höher | Bis zu 650°C |
Kosten | 2X teurer | Wirtschaftlicher |
- K465 wird für höhere Temperaturen gewählt, wenn die Kostensteigerung gerechtfertigt ist.
- Inconel 718 ist wirtschaftlicher für Anwendungen bei niedrigeren Temperaturen
K465 vs. Haynes 282
Legierung | K465 | Haynes 282 |
---|---|---|
Verarbeitbarkeit | Besser | Schwieriger |
Wärmeleitfähigkeit | Höher | Unter |
Betriebstemperatur | Ähnlich | Ähnlich |
Kosten | Ähnlich | Ähnlich |
- K465 lässt sich leichter lasern und nachbearbeiten, ohne zu brechen
- Haynes 282 ist anfälliger für Erstarrungsrisse während der Bauphase
K465 gegen CM 247 LC
Legierung | K465 | CM 247 LC |
---|---|---|
Dichte | Unter | Höher |
Stärke | Ähnlich | Ähnlich |
Duktilität | Höher | Unter |
Kosten | Unter | Höher |
- K465 hat eine bessere Kombination aus Festigkeit und Duktilität
- Kostengünstigere Legierungsalternative zu CM 247 LC
K465 gegenüber Inconel 625
Legierung | K465 | Inconel 625 |
---|---|---|
Betriebstemperatur | Höher | Bis zu 700°C |
Korrosionsbeständigkeit | Mäßig | Ausgezeichnet |
Kosten | Höher | Unter |
Verfügbarkeit | Mehr begrenzt | Leicht verfügbar |
- Inconel 625 wird gewählt, wenn Korrosionsbeständigkeit die Hochtemperaturfähigkeit übertrifft
- K465 bevorzugt für Triebwerksteile, die extremen Temperaturen ausgesetzt sind
Zu verstehen, wo K465 im Vergleich zu anderen Werkstoffen über- oder unterlegen ist, hilft bei der Materialauswahl für AM-Komponenten. Die Legierung kann maßgeschneidert werden, um das Gleichgewicht zwischen Kosten, Verfügbarkeit, Verarbeitbarkeit und Eigenschaften zu verbessern.
K465 Alloy Powder - Häufig gestellte Fragen
F: Welche Vorverarbeitungsschritte sind für K465-Pulver erforderlich?
A: K465-Pulver muss 1-4 Stunden lang bei 100-150°C getrocknet werden, um die während des Versands und der Lagerung aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen. Durch eine Siebung zwischen 20-63 Mikron werden große Partikel entfernt, die Probleme bei der Beschichtung verursachen können.
F: Muss K465 durch heißisostatisches Pressen (HIP) nachbearbeitet werden?
A: HIP wird für K465 empfohlen, ist aber nicht vorgeschrieben. Es hilft, innere Hohlräume zu schließen und eine maximale Dichte und mechanische Eigenschaften zu erreichen. HIP bei 1160°C unter 100 MPa für 4 Stunden ist typisch.
F: Welche Wärmebehandlungen können zur Anpassung der Eigenschaften von K465 eingesetzt werden?
A: Die Lösungsbehandlung bei 1150°C und die einfache oder doppelte Alterung bei 700-850°C werden zur Optimierung von Festigkeit und Duktilität eingesetzt. Eine schnelle Abkühlung nach der Lösungsbehandlung verbessert die Eigenschaften.
F: Ist die Superlegierung K465 für Reparaturzwecke schweißbar?
A: Ja, K465 kann mit dem Zusatzwerkstoff ER NiCrMo-10 geschweißt werden. Nach dem Schweißen ist eine Lösungsbehandlung bei 1175°C und eine Alterung bei 845°C erforderlich, um die Eigenschaften wiederherzustellen.
F: Welche Herstellungsfehler können bei K465-Produkten auftreten?
A: Fehlende Schmelzporosität, Risse zwischen den Schichten, Delamination und Verformung sind potenzielle Fehler, die eine Optimierung der Parameter erfordern. Geringere Vorwärmung und höhere Scangeschwindigkeiten erhöhen das Risiko.
F: Welche Nachbearbeitungsmethoden können bei additiv gefertigten K465-Teilen angewendet werden?
A: Zerspanung, Kugelstrahlen, chemisches Ätzen und Elektropolieren ermöglichen eine Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit. Dies erleichtert die NDE-Prüfung und verbessert die Ermüdungslebensdauer.
F: Sind bei der Lagerung von K465-Legierungspulver besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich?
A: K465-Pulver absorbiert schnell Feuchtigkeit, daher ist die Lagerung in versiegelten, mit Argon gespülten Behältern erforderlich. Innerhalb von 1 Woche nach dem Öffnen des Behälters verwenden, um eine Zersetzung zu verhindern.
F: Welche Sicherheitsvorkehrungen sind beim Umgang mit K465-Pulver erforderlich?
A: K465-Pulver ist nicht brennbar, kann aber Haut- und Augenreizungen verursachen. Schutzhandschuhe, Schutzkleidung und Gesichtsschutz verwenden. Vermeiden Sie das Einatmen und sorgen Sie für eine gute Belüftung.
Schlussfolgerung
Das Pulver aus der Nickelsuperlegierung K465 hat sich in der additiven Fertigung durchgesetzt und ermöglicht leichte, hochfeste Bauteile mit komplexen Geometrien. Seine ausgewogene Zusammensetzung bietet eine starke Kombination aus mechanischen Eigenschaften, Oxidationsbeständigkeit, thermischer Stabilität und Schweißbarkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich K465 für Antriebssysteme in der Luft- und Raumfahrt, landgestützte Stromerzeugungsanlagen und chemische Verarbeitungsgeräte, die dauerhaft hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
Das Verständnis der Nische, in der K465 besser abschneidet als Alternativen wie Inconel 718 oder Haynes 282, ermöglicht eine angemessene Materialauswahl. Eine sorgfältige Kontrolle der AM-Prozessparameter, der Pulverqualität, der Wärmebehandlungen und des heißisostatischen Pressens ist notwendig, um eine optimale Mikrostruktur und Leistung zu erzielen. Mit der Weiterentwicklung der additiven Fertigungsverfahren werden technische Werkstoffe wie K465 neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Hochtemperaturkomponenten der nächsten Generation mit verlängerter Lebensdauer eröffnen.
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