Pulver aus Nickellegierungen für den 3D-Druck

Nickellegierungen bieten eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit und mechanische Eigenschaften. Dadurch eignen sie sich für die additive Fertigung komplexer Bauteile, die extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die wichtigsten Nickellegierungspulver Sorten, Eigenschaften, Anwendungen, Spezifikationen und Lieferanten.

Übersicht von Pulver aus Nickellegierungen

Mit Nickellegierungspulvern können komplizierte Metallteile mit Eigenschaften gedruckt werden, die von anderen Materialien nicht erreicht werden, wenn man Pulverbettschmelz- oder gerichtete Energieabscheidungsverfahren verwendet.

Legierungssysteme: Superlegierungen auf Ni-Basis, rostfreie Stähle, legierte Stähle, Nickel-Kupfer-Legierungen, Nickel-Kobalt-Legierungen und Nickel-Titan-Formgedächtnis-Legierungen.

Herstellung von Pulver: Hauptsächlich gaszerstäubt mit etwas Plasmazerstäubung; kugelförmige Morphologie und kontrollierte Größenverteilung.

Pudergrößen: Von 15 Mikron bis 150 Mikron je nach Legierung; feinere Größen für bessere Auflösung.

Wichtige Eigenschaften: Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Festigkeit bei hohen Temperaturen.

Zusammensetzung und Mikrogefüge

Die Chemie der Nickellegierung, die vorhandenen Phasen, die beim Druck entstandenen Defekte und die mikrostrukturellen Merkmale bestimmen die Eigenschaften.

Gängige Nickellegierungen

Legierung	Nickel	Chrom	Eisen	Niobium	Molybdän	Aluminium + Titan	Kohlenstoff
Inconel 718	50-55%	17-21%	Bal.	4.75-5.5%	2.8-3.3%	0.65-1.15%	0,04% max
Inconel 625	58% min	20-23%	2% max	3.15-4.15%	8-10%	0,4% max	0,1% max
Hastelloy X	Bal.	21-25%	18% max	–	8-10%	0.3-1.0%	0,15% max

Mikrostruktur: Mischung aus Gamma-Nickel-FCC-Matrix und Karbid-, Borid- oder intermetallischen Ausscheidungen. Die Abkühlgeschwindigkeit beeinflusst die Korngröße und die Ausscheidungen.

Porosität und Risse: Prozessbedingte Schmelzdefekte verschlechtern die Eigenschaften und die Ermüdungsfestigkeit. Heißisostatisches Pressen (HIP) trägt zur Verringerung der Porosität in Nickellegierungen bei.

Eigenschaften und Leistung

Die Eigenschaften von Teilen aus Nickellegierungen hängen von der Zusammensetzung, den Variablen des AM-Prozesses, der Bauausrichtung, der Wärmebehandlung, dem HIP und der Prüfrichtung ab.

Physikalische Eigenschaften

Legierung	Dichte (g/cc)	Schmelzpunkt (°C)	Wärmeleitfähigkeit (W/m-K)	Koeffizient der thermischen Ausdehnung (10-6/K)
Inconel 718	8.19	1260-1336	11.4	13.0
Inconel 625	8.44	1260-1350	9.8	13.1
Haynes 282	8.24	1310-1375	11.1	13.3

Mechanische Eigenschaften

Legierung	Streckgrenze (MPa)	Zugfestigkeit (MPa)	Dehnung (%)	Härte (HRC)
Unbedrucktes Inconel 718	500-900	900-1200	10-25	30-45
HIP Inconel 718	690-830	1035-1240	12-22	36-43
As-gedruckt Hastelloy X	450-650	760-900	30-35	25-35
Haynes 282	485-550	860-1030	25-40	30-36

Eigenschaften bei hohen Temperaturen: Hervorragende Kriechbruch-, Zeitstand-, Oxidations- und Heißkorrosionsbeständigkeit bis 700°C für Nickelsuperlegierungen.

Anwendungen der additiven Fertigung von Nickellegierungen

Einzigartige Geometrien und Eigenschaften erweitern die Einsatzmöglichkeiten für 3D-gedruckte Komponenten aus Nickellegierungen.

Luft- und Raumfahrt: Turbinenschaufeln, Brennkammern, Schubkammern

Öl und Gas: Bohrlochkopfventile, Unterwasserverteiler, Separatoren

Nuklear: Reaktorbehälter und Einbauten, die hohen Temperaturen, Druck und Bestrahlung ausgesetzt sind

Automobilindustrie: Turbolader-Räder und -Gehäuse, Turbolader-Rotoren, Einspritzdüsen

Chemisch: Pumpen, Ventile, Wärmetauscherrohre, Reaktionsbehälter Korrosionsbeständigkeit

Werkzeuge: In Spritzgussformen für Kunststoffe integrierte konforme Kühlkanäle

Lebensmittel und Arzneimittel: Trichter, Förderer, die mit CIP/SIP und den Hygienestandards der Industrie kompatibel sind

Beliebt Nickellegierungspulver Klassen

Legierung	Druckbarkeit	Korrosionsbeständigkeit	Hitzebeständigkeit	Kosten
Inconel 718	Ausgezeichnet	Mäßig	Ausgezeichnet	Hoch
Inconel 625	Sehr gut	Ausgezeichnet	Sehr gut	Sehr hoch
Hastelloy X	Mäßig	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Hoch
Haynes 282	Gut	Mäßig	Ausgezeichnet	Mäßig
17-4PH Edelstahl	Ausgezeichnet	Mäßig	Mäßig	Niedrig

Spezifikationen

Strenge Qualitätsstandards für Luft- und Raumfahrt, Nuklearindustrie und Lebensmittelkontakt werden eingehalten.

Pulverspezifikationen

Parameter	Anforderung	Prüfverfahren
Partikelgrößenverteilung	15-100 μm für EBM; 5-45 μm für SLM	Laserbeugung
Scheinbare Dichte	≥ 3 g/cc	Hall-Durchflussmesser
Dichte des Gewindebohrers	≥ 4 g/cc	Gewindebohrer-Dichtheitsprüfer
Durchflussmenge	15-25 s/50g	Hall-Durchflussmesser
Zusammensetzung	Zertifizierter WEG	GDMS, ICP-OES

Qualifikationsstandards für Teile

Industrie	Standard
Luft- und Raumfahrt	AMS7000, ASTM F3056
Kernkraft	ASME Abschnitt III Unterabschnitt NG
Lebensmittel	ASME BPE-2022
Medizinische	ISO 13485, ASTM F3122

Konstruktionsregeln in Nickellegierungen AM

Optimierung von Designs, um die Vorteile von AM mit Nickellegierungen voll auszuschöpfen.

• Mit Gittern und dünnen Wänden das Gewicht reduzieren
• Konforme Kühlkanäle in Werkzeugen
• Zugang zur HIP-Kapsel ermöglichen
• Minimieren Sie eingeschlossenes Pulver
• Optimieren der Förderstrukturen
• Aufnahme von Spannungen durch schnelle Erstarrung
• Berücksichtigung von thermischer Verformung und Verzug

Anbieter

Führende Anbieter von Nickellegierungspulvern für die additive Fertigung.

Anbieter	Angebotene Materialien	Größenbereich (μm)
Zimmerer-Zusatzstoff	IN625, IN718, Custom Age 625Plus®, 17-4PH, mehr	10-105
Sandvik	Osprey® IN, NO, NB-Legierungen	5-150
Praxair	IN718, IN625, HX, Sonderlegierungen	15-45
AP&C	IN625, IN718, IN713, Sonderlegierungen	15-53
LPW-Technologie	IN718, CM247LC, Haynes 282®	15-45

Kosten: ~$100-$300 pro kg für Nickellegierungspulver je nach Bestellmenge, Zusammensetzung, Größenverteilung und anderen Anforderungen.

FAQs

F: Warum sollte man sich bei Nickellegierungen für das Laser-Pulverbettschmelzen und nicht für das Abscheiden mit gerichteter Energie entscheiden?

A: L-PBF-Verfahren wie SLM und EBM bieten eine bessere Auflösung, eine höhere Dichte, eine feinere Oberflächenbeschaffenheit und eine präzisere Metallurgie als DED, das zwar höhere Fertigungsraten, aber eine schlechtere Qualität aufweist.

F: Welche Wärmebehandlung wird für additiv hergestellte Nickelsuperlegierungen verwendet?

A: Bei Inconel 718 umfasst eine Standard-Alterungsbehandlung das Erhitzen auf 720 °C, das Halten für 8 Stunden und das anschließende Abkühlen an der Luft, um die Legierung mit Gamma-Grundierungs- und Gamma-Doppel-Grundierungsphasen durch Ausscheidung zu härten.

F: Können alle Nickellegierungen problemlos in 3D gedruckt werden?

A: Legierungen wie Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen stellen aufgrund ihrer Anfälligkeit für Oxidation und komplexe Phasenumwandlungen im festen Zustand während des Drucks eine Herausforderung dar. Es sind spezielle Atmosphären oder eine Änderung der Parameter erforderlich.

F: Wie lässt sich die Rissbildung bei AM-Teilen aus Nickellegierungen minimieren?

A: Eine sorgfältige Kontrolle der Richtung des thermischen Gradienten und der Spitzentemperaturen verringert das Heißreißen. Die Verwendung vorgewärmter Plattformen verringert auch die thermischen Spannungen. Die Optimierung der Scan-Strategie hilft, wenn sich durch Spannungen zwischen den abgeschiedenen Schichten Mikrorisse bilden.

F: Welche Nachbearbeitungsmethode ergibt die beste Oberflächengüte bei AM-Bauteilen aus Nickellegierungen?

A: Automatisiertes Schleppfinish ergibt Ra-Werte unter 0,4 Mikrometer, während manuelles Polieren von Hand das Glätten komplizierter Merkmale oder interner Kanäle ermöglicht, je nach den Anforderungen an die Zugänglichkeit. Auch Eloxieren kann die Oberflächengüte verbessern. Passen Sie die Nachbearbeitungsmethode an die Anwendung an.

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