Proszek stopowy K465: Skład, właściwości, zastosowania i specyfikacje

K465 stał się popularnym wyborem w przemyśle lotniczym, energetycznym i chemicznym, gdzie komponenty są narażone na wysokie temperatury lub agresywne środowisko. Umożliwia drukowanie 3D złożonych geometrii w celu uzyskania optymalnej wydajności.

Niniejszy artykuł zawiera szczegółowe informacje na temat składu, właściwości, zastosowań, specyfikacji, dostępności, przetwarzania i porównania proszku nadstopu K465 do produkcji dodatków uszlachetniających.

Skład proszku stopu K465

Nominalny skład proszku nadstopu na bazie niklu K465 podano poniżej:

Element	Waga %
Nikiel (Ni)	Równowaga
Chrom (Cr)	15 – 17%
Kobalt (Co)	9 – 10%
Molibden (Mo)	3%
Tantal (Ta)	4.5 – 5.5%
Aluminium (Al)	5 – 6%
Tytan (Ti)	0.5 – 1%
Bor (B)	0.01% max
Węgiel (C)	0.03% max
Cyrkon (Zr)	0.01% max
Niob (Nb)	1% max

Nikiel stanowi podstawę stopu i zapewnia sześcienną matrycę skoncentrowaną na powierzchni, zapewniającą wytrzymałość w wysokich temperaturach. Pierwiastki takie jak chrom, kobalt i molibden przyczyniają się do wzmocnienia roztworu stałego i umożliwiają utwardzanie wydzieleniowe.

Aluminium i tytan są dodawane w celu utworzenia osadów gamma Ni3(Al,Ti), aby zapewnić twardość i odporność na pełzanie do 700°C. Tantal zapewnia wzmocnienie roztworu stałego i tworzy węgliki do kontroli struktury ziarna. Bor ułatwia wytrącanie złożonych węglików.

Zrównoważony skład proszku nadstopu niklu K465 zapewnia połączenie wytrzymałości, plastyczności, odporności na korozję i spawalności wymaganej dla wysokowydajnych komponentów wytwarzanych przyrostowo. Zoptymalizowane poziomy pierwiastków stopowych można dostosować do wymagań końcowych części.

Właściwości proszku stopu K465

Proszek nadstopu K465 przetworzony za pomocą laserowego stapiania w złożu proszkowym lub topienia wiązką elektronów wykazuje następujące właściwości w stanie powykonawczym i po obróbce cieplnej:

Właściwości mechaniczne

Nieruchomość	Stan powykonawczy	Po obróbce cieplnej
Wytrzymałość na rozciąganie	1050 - 1250 MPa	1150 - 1350 MPa
Wytrzymałość na rozciąganie	750 - 950 MPa	1000 - 1200 MPa
Wydłużenie	10 – 25%	8 – 15%
Twardość	35 - 45 HRC	42 - 48 HRC

• Wysoki poziom wytrzymałości porównywalny z odlewanymi i kutymi nadstopami na bazie niklu
• Plastyczność zachowana po obróbce cieplnej pozwala na pewne formowanie/kucie
• Utwardzanie przez wytrącanie w fazie gamma po obróbce roztworem

Właściwości fizyczne

Nieruchomość	Wartość
Gęstość	8,1 - 8,3 g/cc
Temperatura topnienia	1260 - 1350°C
Przewodność cieplna	11 - 16 W/m-K
Współczynnik rozszerzalności cieplnej	12 - 16 x 10-6 /K

Właściwości w wysokich temperaturach

Nieruchomość	Wartość
Temperatura pracy	Do 700°C
Odporność na utlenianie	Dobra do 850°C
Stabilność fazowa	Zachowuje wytrzymałość do 70% temperatury topnienia
Wytrzymałość na pełzanie	140 MPa przy 700°C przez 1000 godzin

• Zachowuje ponad połowę swojej wytrzymałości w maksymalnej temperaturze pracy
• Odporność na utlenianie i korozję na gorąco w środowiskach turbin gazowych
• Doskonała wytrzymałość na pełzanie pod obciążeniem w wysokiej temperaturze

Inne godne uwagi nieruchomości

• Możliwość spawania przy użyciu konwencjonalnych metod spawania
• Dobre wykończenie powierzchni i dokładność wymiarowa w konstrukcjach AM
• Możliwość dostosowania za pomocą różnych obróbek cieplnych
• Wysoka odporność na zmęczenie termiczne i wzrost pęknięć

Zrównoważony zestaw właściwości mechanicznych, fizycznych i termicznych sprawia, że K465 nadaje się do ekstremalnych środowisk, w których pracują silniki lotnicze, systemy wytwarzania energii i urządzenia do przetwarzania chemicznego. Właściwości mogą być precyzyjnie dostrojone w oparciu o wymagania aplikacji.

Zastosowania proszku stopu K465

Główne zastosowania wytwarzanych addytywnie części z nadstopu K465 obejmują:

Aerospace:

• Wykładziny komory spalania, augmentory, uchwyty płomienia w silnikach odrzutowych
• Wsporniki konstrukcyjne, ramy, obudowy, osprzęt
• Komponenty sekcji gorącej, takie jak łopatki i łopatki turbiny
• Systemy napędu rakietowego i silniki statków kosmicznych

Wytwarzanie energii:

• Wymienniki ciepła, orurowanie, zawory, rozdzielacze w kotłach i systemach odzysku ciepła
• Elementy ścieżki gorącego gazu turbiny gazowej, takie jak dysze, osłony
• Odbiorniki i kolektory energii słonecznej

Motoryzacja:

• Koła i obudowy turbosprężarek
• Kolektory i komponenty układu wydechowego

Przetwarzanie chemiczne:

• Rury reformera, zbiorniki reakcyjne, elementy wymiennika ciepła
• Rurociągi, zawory, pompy do korozyjnych chemikaliów
• Oprzyrządowanie, takie jak trzpienie, uchwyty do części kompozytowych

Korzyści:

• Wytrzymuje długotrwałe użytkowanie w temperaturze ponad 700°C, niższa gęstość niż w przypadku konkurencyjnych stopów
• Odporność na utlenianie i korozję w środowisku gorących gazów
• Mniejsza waga komponentów w porównaniu do odlewanych stopów niklu
• Umożliwia złożoną optymalizację geometrii, która nie jest możliwa w przypadku odlewania
• Konsoliduje wiele części w jeden drukowany komponent
• Oszczędność odpadów materiałowych w porównaniu do metod subtraktywnych
• Krótszy czas realizacji w porównaniu do tradycyjnego przetwarzania

K465 jest często stosowany jako zamiennik cięższych i droższych superstopów w silnikach lotniczych i lądowych systemach zasilania. Proszek stopowy może być dostosowany do wymagań w ekstremalnych warunkach temperaturowych, ciśnieniowych i korozyjnych.

Specyfikacje proszku stopowego K465

Proszek stopu K465 do procesów AM jest dostarczany przez różnych producentów zgodnie z następującymi specyfikacjami nominalnymi:

Parametr	Specyfikacja
Rozkład wielkości cząstek	15 - 53 mikrony
Zawartość tlenu	0.05% max
Zawartość azotu	0.05% max
Morfologia	Sferoidalny
Gęstość pozorna	4,0 - 4,5 g/cc
Gęstość kranu	4,5 - 5,0 g/cc
Natężenie przepływu	15 - 25 s/50g

• Rozkład wielkości cząstek proszku zoptymalizowany pod kątem procesów AM
• Wysoka sypkość proszku zapewnia równomierne rozprowadzanie warstwy
• Niska zawartość tlenu minimalizuje ryzyko wystąpienia wad w konstrukcjach
• Sferyczna morfologia zapewnia dobre upakowanie i gęstość złoża proszku

Dodatkowe wymagania:

• Proszek powinien być przechowywany w atmosferze obojętnej, aby zapobiec zanieczyszczeniu.
• Zawartość wilgoci musi być utrzymywana poniżej 0,1 wt% dla dobrego przepływu proszku.
• Tymczasowy okres przechowywania do 1 roku w zamkniętych pojemnikach z argonem
• Otwarte pojemniki należy zużyć w ciągu 1 tygodnia, aby uniknąć degradacji.

Spełnienie specyfikacji proszku pod względem rozmiaru, kształtu, składu chemicznego i obsługi ma kluczowe znaczenie dla uzyskania części AM o wysokiej gęstości i oczekiwanych właściwościach mechanicznych.

Dostępność proszku stopu K465

Proszek nadstopu K465 może pochodzić od głównych dostawców, takich jak:

Producent	Nazwa produktu
Praxair	TA1
Carpenter Additive	CarTech K465
Sandvik Osprey	K465-TCP
Erasteel	Stellite AM K465

Proszek stopowy jest sprzedawany w różnych rozmiarach, od pojemników 1 kg do celów badawczo-rozwojowych do pojemników 1000 kg do produkcji. Ceny wahają się od $90-150 za kg w zależności od ilości i producenta.

Czas realizacji Czas realizacji zamówienia wynosi zazwyczaj od 2 do 8 tygodni od potwierdzenia zamówienia. Niestandardowe rozkłady wielkości cząstek i specjalna obsługa mogą wymagać dłuższego czasu realizacji.

Zapasy proszku K465 powinny być ściśle monitorowane i zamawiane z dużym wyprzedzeniem. Niedobory mogą powodować kosztowne przestoje maszyn AM. Rozważ rozłożenie zamówień w czasie, aby utrzymać zapasy.

Przetwarzanie proszku stopu K465

Zakresy parametrów dla procesów AM:

Proces	Temperatura podgrzewania	Grubość warstwy	Moc lasera	Prędkość skanowania	Rozstaw włazów
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 = bezpośrednie spiekanie laserowe metali
• EBM = topienie wiązką elektronów
• Szerszy zakres parametrów zapewnia elastyczność w optymalizacji wykończenia powierzchni, czasu budowy lub właściwości mechanicznych.
• Podgrzewanie wstępne zmniejsza naprężenia szczątkowe; wyższe dla EBM ze względu na wyższe temperatury
• Wolniejsze prędkości skanowania poprawiają gęstość, ale wydłużają czas budowy
• Drobne odstępy między kreskami zmniejszają porowatość, ale wymagają większej liczby przebiegów skanowania.

Przetwarzanie końcowe:

• Usuwanie części z płyty roboczej za pomocą cięcia drutem EDM
• Usuwanie pozostałości proszku poprzez piaskowanie szklanymi kulkami
• Odciążająca obróbka cieplna w temperaturze 870°C przez 1 godzinę
• Obróbka HIP w temperaturze 1160°C pod ciśnieniem 100 MPa przez 4 godziny
• Utwardzanie starzeniowe w temperaturze 760°C przez 10 godzin

Korzyści z przetwarzania końcowego:

• HIP zamyka wewnętrzne puste przestrzenie i minimalizuje porowatość
• Obróbka cieplna zmniejsza naprężenia szczątkowe i zapewnia optymalną twardość
• Uzyskuje części o gęstości zbliżonej do 100% i właściwościach mechanicznych równoważnych odlewanym i kutym częściom
• Dodatkowe prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP) i obróbka cieplna mogą jeszcze bardziej poprawić właściwości.

Wybór parametrów, konstrukcji wsporczych, orientacji budowy, etapów przetwarzania końcowego można zoptymalizować w oparciu o zastosowaną technologię AM i wymagane właściwości.

Jak K465 wypada na tle innych proszków superstopowych?

K465 vs Inconel 718

Stop	K465	Inconel 718
Gęstość	Wyższy	Niższy
Wytrzymałość na rozciąganie	Podobne	Podobne
Temperatura pracy	100°C wyższa	Do 650°C
Koszt	2 razy droższe	Bardziej ekonomiczny

• K465 wybrany dla wyższych temperatur, gdzie wzrost kosztów jest uzasadniony
• Inconel 718 bardziej ekonomiczny do zastosowań w niższych temperaturach

K465 vs Haynes 282

Stop	K465	Haynes 282
Przetwarzalność	Lepiej	Trudniejsze
Przewodność cieplna	Wyższy	Niższy
Temperatura pracy	Podobne	Podobne
Koszt	Podobne	Podobne

• K465 łatwiejszy w druku laserowym i obróbce końcowej bez pęknięć
• Haynes 282 jest bardziej podatny na pęknięcia krzepnięcia podczas budowy

K465 vs CM 247 LC

Stop	K465	CM 247 LC
Gęstość	Niższy	Wyższy
Siła	Podobne	Podobne
Plastyczność	Wyższy	Niższy
Koszt	Niższy	Wyższy

• K465 ma lepszą kombinację wytrzymałości i plastyczności
• Tańsza alternatywa dla stopów CM 247 LC

K465 vs Inconel 625

Stop	K465	Inconel 625
Temperatura pracy	Wyższy	Do 700°C
Odporność na korozję	Umiarkowany	Doskonały
Koszt	Wyższy	Niższy
Dostępność	Bardziej ograniczony	Łatwo dostępne

• Inconel 625 wybierany tam, gdzie odporność na korozję jest ważniejsza niż odporność na wysokie temperatury
• K465 preferowany do części silników odrzutowych narażonych na ekstremalne temperatury

Zrozumienie, gdzie stop K465 wyróżnia się lub wypada gorzej w porównaniu z alternatywami, pomaga w doborze materiału do komponentów AM. Stop może być dostosowany do przesunięcia równowagi między kosztami, dostępnością, przetwarzalnością i właściwościami.

Proszek stopowy K465 - często zadawane pytania

P: Jakie etapy przetwarzania wstępnego są wymagane w przypadku proszku K465?

Proszek K465 należy suszyć przez 1-4 godziny w temperaturze 100-150°C, aby usunąć wilgoć wchłoniętą podczas transportu i przechowywania. Przesiewanie w zakresie 20-63 mikronów wyeliminuje duże cząstki, które mogą powodować problemy z powlekaniem.

P: Czy K465 wymaga późniejszego prasowania izostatycznego na gorąco (HIP)?

O: HIP jest zalecany, ale nie obowiązkowy dla K465. Pomaga to zamknąć wewnętrzne puste przestrzenie i osiągnąć maksymalną gęstość i właściwości mechaniczne. HIP w temperaturze 1160°C pod ciśnieniem 100 MPa przez 4 godziny jest typowe.

P: Jaką obróbkę cieplną można zastosować w celu dostosowania właściwości K465?

O: Obróbka w roztworze w temperaturze 1150°C plus pojedyncze lub podwójne starzenie w temperaturze 700-850°C służy do optymalizacji wytrzymałości i ciągliwości. Szybkie chłodzenie po obróbce w roztworze poprawia właściwości.

P: Czy nadstop K465 nadaje się do spawania w celach naprawczych?

O: Tak, stal K465 może być spawana przy użyciu spoiwa ER NiCrMo-10. Po spawaniu wymagana jest obróbka w temperaturze 1175°C i starzenie w temperaturze 845°C w celu przywrócenia właściwości.

P: Jakie wady produkcyjne mogą wystąpić w kompilacjach K465?

O: Brak porowatości, pęknięcia między warstwami, rozwarstwienia i zniekształcenia to potencjalne wady wymagające optymalizacji parametrów. Niższe podgrzewanie i większe prędkości skanowania zwiększają ryzyko.

P: Jakie metody wykańczania mogą być stosowane w przypadku części K465 produkowanych addytywnie?

O: Obróbka skrawaniem, kulkowanie, trawienie chemiczne i elektropolerowanie umożliwiają poprawę chropowatości powierzchni. Ułatwia to inspekcję NDE i poprawia trwałość zmęczeniową.

P: Czy proszek ze stopu K465 wymaga specjalnych środków ostrożności przy przechowywaniu?

O: Proszek K465 szybko wchłania wilgoć, dlatego wymagane jest przechowywanie go w szczelnie zamkniętych pojemnikach z argonem. Zużyć w ciągu 1 tygodnia od otwarcia pojemnika, aby zapobiec degradacji.

P: Jakie środki ostrożności są wymagane podczas obchodzenia się z proszkiem K465?

O: Proszek K465 nie jest łatwopalny, ale może powodować podrażnienie skóry/oczu. Stosować rękawice ochronne, odzież, osłony twarzy. Unikać wdychania i zapewnić odpowiednią wentylację.

Wnioski

Proszek nadstopu niklu K465 znalazł coraz szersze zastosowanie w produkcji addytywnej, umożliwiając wytwarzanie lekkich komponentów o wysokiej wytrzymałości i złożonej geometrii. Jego zrównoważony skład zapewnia silne połączenie właściwości mechanicznych, odporności na utlenianie, stabilności termicznej i spawalności. Atrybuty te sprawiają, że K465 nadaje się do systemów napędowych w przemyśle lotniczym, lądowych urządzeń do wytwarzania energii i sprzętu do przetwarzania chemicznego, który wytrzymuje długotrwałą pracę w wysokich temperaturach.

Zrozumienie niszy, w której K465 przewyższa alternatywy, takie jak Inconel 718 lub Haynes 282, pozwala na właściwy dobór materiału. Staranna kontrola parametrów procesu AM, jakości proszku, obróbki cieplnej i prasowania izostatycznego na gorąco jest niezbędna do uzyskania optymalnej mikrostruktury i wydajności. Wraz z dalszym rozwojem możliwości produkcji addytywnej, materiały inżynieryjne, takie jak K465, otworzą nowe możliwości projektowania komponentów wysokotemperaturowych nowej generacji o wydłużonej żywotności.