镍基高温合金因其优异的强度、抗蠕变性和可焊性,在SLM(选择性激光熔化)高温应用中占据主导地位。最常见且特性明确的合金包括:
Inconel 718: 最常见的3D打印高温合金。它在高达约650°C的温度下具有出色的强度、良好的抗疲劳性和优异的加工性能。其相对缓慢的时效硬化响应最大限度地降低了打印过程中的开裂风险,使其成为航空航天和石油天然气领域广泛应用部件的理想选择。
Inconel 625: 以其卓越的耐腐蚀和抗氧化性而非极限强度而备受推崇。它易于打印,用于恶劣环境中的静态部件、管道和热交换器,包括海洋和化学加工应用。
Haynes 282 & CM247LC: 这些代表了更先进、具有更高温度能力的合金。虽然由于裂纹敏感性而打印更具挑战性,但优化的SLM参数和后处理使其适用于超出Inconel 718极限运行的涡轮叶片和燃烧室部件。
钴基合金是另一主要类别,因其卓越的耐磨性、生物相容性和高温稳定性而受到重视。
CoCrMo (ASTM F75): 在航空航天耐磨部件和医疗植入物领域都非常常见。其高硬度和耐腐蚀性使其成为SLM打印涡轮密封段、牙科框架和骨科植入物的标准材料。
Haynes 188: 一种钴-镍-铬-钨合金,具有出色的抗氧化性和高达约1100°C的良好强度。它用于航空航天燃烧室衬套和其他高热静态部件。
虽然钛合金的最高使用温度(约600°C)低于高温合金,但它们对于高强度重量比应用至关重要。
Ti-6Al-4V (Grade 5): 所有增材制造中最常见的钛合金。它广泛用于轻质、高强度的航空航天部件,如支架、外壳和一些压缩机部件。其可打印性极佳。
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242): 比Ti-6Al-4V具有更好的抗蠕变性和更高的温度能力,使其适用于要求更高的发动机部件。
针对特定的温度范围和性能,也会使用其他合金:
17-4PH & 15-5PH: 沉淀硬化不锈钢通常被打印用于需要高强度、良好耐腐蚀性和高达约315°C温度的应用,例如工装和某些发动机外壳。
难熔金属(例如,钽、钨): 用于极端环境(例如,>2000°C)中的火箭喷嘴或熔炉部件。由于这些材料的熔点极高,其SLM加工过程高度专业化。
合金在SLM中的“常用性”很大程度上受其可焊性和开裂敏感性的影响。铝和钛含量高(用于γ'相强化)的合金在打印的快速热循环过程中通常容易发生凝固和应变时效开裂。因此,广泛使用的SLM合金如Inconel 718和625通常是“可焊接”的变体。成功打印更先进的合金通常需要细致的参数优化、基板预热以及强制性的后处理热等静压(HIP)和热处理,以达到所需的性能。