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  • 新材料:镍超级合金ABD-900AM,可实现无裂纹金属3D打印!

    类别:工业产业       2020-07-15 | 104阅读       标签: 新材料   

    在过去的几十年中,增材制造(AM)技术为直接制造复杂零件带来了新的可能性,其成本和交货时间比传统制造要短得多。但是,增材制造使用的材料是有限的。近年来,用于AM的超合金在各个工业领域都引起了人们的兴趣,从汽车到航空航天、电力和燃气轮机等。


    由于对专门为AM设计的高温合金粉末的需求不断增长,Aubert&Duval(法国巴黎Eramet集团高性能合金部门的子公司)和英国Alloyed公司(前身为OxMet技术)于去年推出了一种名为abd-900 AM的新型高强度高温镍合金。经过数月的原型及零件的打印测试,两家公司于7月1日举行了网络研讨会,以强调高性能材料的优势。在演讲中,Alloyed的增材制造工程师兼太空主管William Dick-Cleland和Aubert&Duval的全球销售经理Adeline Riou向大家介绍了ABD-900AM的设计过程和用途。

    粉末合金ABD-900AM(图片由Aubert&Duval / Alloyed提供)

    粉末合金ABD-900AM(图片由Aubert&Duval / Alloyed提供)



    据了解,小组成员首先深入研究合金的开发和生产,然后着重于实际示例,讨论了新材料的许多特性,并且后期将随着不同行业的采用情况不断发展。Riou在网络研讨会上概述了合金名称背后的含义:ABD代表Alloys-by-Design ,这是Alloyed用于开发材料的数字平台的名称,而900表示合金中的温度能力,摄氏(1650 °F)。

    Dick-Cleland 在会议中指出:“ 要使AM在热截面零件中发挥其潜力,就需要新的合金。AM提供了前所未有的设计自由度;但是,当材料不适用于该工艺时,很多设计自由度就会丧失。传统镍合金是为传统制造方法(例如铸造或锻造)开发的,因此,它们不适用于增材制造工艺,它们在极端的温度梯度下会开裂,并禁止将增材制造用于关键工艺部分。”

    会上,一些专家认为,与传统的Inconel镍铬基高温合金相比,ABD-900AM可以延长零件寿命并在高温条件下实现无裂纹AM,而Inconel 718等其他材料则不行。实际上,ABD-900AM是第一种专为无裂纹金属3D打印而设计的高性能镍合金,可在关键应用中生产复杂的高温零件,并非常适用于涡轮机械零件,包括活塞、燃烧室、叶片等。

    与Inconel材料相比,ABD-900AM可实现无裂纹的金属3D打印,非常适合复杂的、薄壁零件应用。所有样品均在Renishaw AM400上印有Inconel 718参数


    与Inconel材料相比,ABD-900AM可实现无裂纹的金属3D打印,非常适合复杂的、薄壁零件应用。所有样品均在Renishaw AM400上印有Inconel 718参数(图片由Alloyed / Aubert&Duval提供)

    针对高蠕变和拉伸强度进行了优化,ABD-900AM耐腐蚀和抗氧化,在其时效状态下的工作温度范围高达900°C。

    “从头开始,ABD900的可打印性设计与行业标准Inconel 718相同,因为我们不想牺牲制造速度或零件复杂性。我们对这两种合金在印有标准的Inconel 718参数时进行比较和实验验证。结果表明,ABD900打印密度高(大于99.9%),并且没有任何微裂纹,这是关键。因此,无需降低构建速度或进行后期处理。出色的可打印性与先进的激光控制相结合,使我们能够从合金中构建高分辨率的复杂特征零件,例如晶格和薄壁。”Dick-Cleland说。

    Alloyed声称其ABD算法平台可以同时预测数百万种不同合金的性能,并针对特定应用选择最佳材料,从而减少了数月甚至数年的昂贵反复试验。

    ABD算法平台可以同时预测数百万种不同合金的性能

    据了解,这种新型粉末金属合金在高应力下的性能与铸造Inconel 738非常相似,而在低应力和高温下的性能与铸造Inconel 939接近。在网络研讨会期间,Dick-Cleland表示,“特别需要要注意的是,像ABD-900AM这样的打印材料能够直接竞争和替代铸造合金,这是设计过渡的一部分,这种过渡已开始在很多行业中显现出来,如涡轮机和类似行业。此外,在大约760°C的温度下,镍超合金可能易于形成金属间的TCP相,这可能对其机械性能有害。但是尽管Inconel 718和Inconel 718+在高温下都会失去强度,但ABD-900AM却异常稳定。”


    除了了解材料的某些特性外,与会者还从需要高强度材料来开发复杂高温零件的公司的角度了解了其用途。在演讲即将结束时,该小组通过真实的ABD-900AM使用示例来指导参与者。


    Riou提供了用于模型飞机的微型喷射脉冲设计的见解,该模型是使用ABD-900AM 与法国金属AM原型市场的领导者Volum -e合作制造的。微型原型脉冲喷气发动机由于该材料的耐热性而具有更长的使用寿命,并且由于ABD-900AM也可焊接,因此易于原型焊接并进行组装。

    使用ABD-900AM打印的现代飞机的微型喷射脉冲

    使用ABD-900AM打印的现代飞机的微型喷射脉冲(图片由Volum-e / Alloyed提供)



    对于大型零件,例如与法国高科技供应商Safran动力装置和金属3D打印产品开发商HiETA在英国合作生产的原型涡轮机械零件,工程师们能够将具有机械功能和冷却通道的传统铸造零件转换为一件完整的AM零件。Dick-Cleland强调说,3D打印的最终零件密度很高,并且进行了热处理,没有出现裂纹等问题。

    使用ABD-900AM打印的涡轮机械组件原型

    使用ABD-900AM打印的涡轮机械组件原型(图片由赛峰(Safran)/ HiETA /合金公司提供)


    在会议上,参加者对使用ABD-900AM的基本原理进行了全面的了解。几十年来,镍超合金Inconel一直主导着镍基合金市场,其中包括金属3D打印领域,但是我们看到领先公司专门为增材制造而设计的新颖金属材料能够提供更好的零件。已有许多行业受益于金属增材制造技术,针对高蠕变和拉伸强度、耐腐蚀性、高温进行了优化且针对金属3D打印机(主要是激光粉末床熔融技术)设计的新型合金产品可以提高设计自由度,并促使企业采用3D打印技术为未来的行业创造高性能复杂零件。


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