Prášek ze slitiny K465: Složení, vlastnosti, aplikace a specifikace

K465 se stal oblíbenou volbou pro letecký průmysl, energetiku a chemický průmysl, kde jsou součásti vystaveny vysokým teplotám nebo agresivnímu prostředí. Umožňuje 3D tisk složitých geometrií pro optimální výkon.

Tento článek poskytuje podrobné informace o složení, vlastnostech, aplikacích, specifikacích, dostupnosti, zpracování a srovnání prášku superslitiny K465 pro aditivní výrobu.

Složení prášku slitiny K465

Nominální složení prášku superslitiny na bázi niklu K465 je uvedeno níže:

Živel	Hmotnost %
nikl (Ni)	Zůstatek
Chrom (Cr)	15 – 17%
Kobalt (Co)	9 – 10%
molybden (Mo)	3%
tantal (Ta)	4.5 – 5.5%
hliník (Al)	5 – 6%
titan (Ti)	0.5 – 1%
Bór (B)	0,01% max
uhlík (C)	0,03% max
zirkonium (Zr)	0,01% max
niob (Nb)	1% max

Základem slitiny je nikl, který tvoří krychlovou matrici se soustředěným povrchem a zajišťuje pevnost při vysokých teplotách. Prvky jako chrom, kobalt a molybden přispívají ke zpevnění pevným roztokem a umožňují srážkové kalení.

Hliník a titan se přidávají za vzniku gama precipitátů Ni3(Al,Ti), které zajišťují tvrdost a odolnost proti tečení až do 700 °C. Tantal zajišťuje zpevnění pevným roztokem a tvoří karbidy pro kontrolu struktury zrna. Bór usnadňuje srážení komplexních karbidů.

Vyvážené složení niklového superslitinového prášku K465 vede ke kombinaci pevnosti, tažnosti, odolnosti proti korozi a svařitelnosti, která je požadována pro vysoce výkonné aditivně vyráběné součásti. Optimalizované úrovně legujících prvků lze přizpůsobit na základě konečných požadavků na součást.

Vlastnosti prášku slitiny K465

Prášek superslitiny K465 zpracovaný laserovou fúzí v práškovém loži nebo tavením elektronovým svazkem vykazuje následující vlastnosti ve stavu po výrobě a po tepelném zpracování:

Mechanické vlastnosti

Vlastnictví	Stav po dokončení	Po tepelném zpracování
Pevnost v tahu	1050 - 1250 MPa	1150 - 1350 MPa
Mez kluzu	750 - 950 MPa	1000 - 1200 MPa
Prodloužení	10 – 25%	8 – 15%
Tvrdost	35 - 45 HRC	42 - 48 HRC

• Vysoká pevnost srovnatelná s litými a tepanými superslitinami na bázi Ni
• Tažnost zachovaná po tepelném zpracování umožňuje určité tváření/kovení
• Srážecí zpevnění gama základní fází po úpravě roztokem

Fyzikální vlastnosti

Vlastnictví	Hodnota
Hustota	8,1 - 8,3 g/cc
Bod tání	1260 - 1350°C
Tepelná vodivost	11 - 16 W/m-K
Koeficient tepelné roztažnosti	12 - 16 x 10-6 /K

Vlastnosti při vysokých teplotách

Vlastnictví	Hodnota
Servisní teplota	Do 700 °C
Odolnost proti oxidaci	Dobré až do 850 °C
Stabilita fáze	Zachovává pevnost až do 70% bodu tání
Pevnost v tahu při tečení	140 MPa při 700 °C po dobu 1000 hodin

• Zachovává si více než polovinu své pevnosti při maximální provozní teplotě.
• Odolnost proti oxidaci a žhavé korozi v prostředí plynových turbín
• Vynikající pevnost v tahu při zatížení při vysoké teplotě

Další pozoruhodné nemovitosti

• Svařitelné běžnými metodami tavného svařování
• Dobrá kvalita povrchu a rozměrová přesnost při stavbě AM
• Možnost přizpůsobení pomocí různých tepelných úprav
• Vysoká odolnost proti tepelné únavě a růstu trhlin

Díky vyváženému souboru mechanických, fyzikálních a tepelných vlastností je K465 vhodný pro extrémní prostředí, s nimiž se setkáváme v leteckých motorech, systémech výroby energie a zařízeních pro chemické zpracování. Vlastnosti lze jemně doladit na základě požadavků aplikace.

Aplikace práškové slitiny K465

Mezi hlavní aplikace aditivně vyráběných dílů ze superslitiny K465 patří:

Letectví:

• Vložky spalovacích motorů, augmentory, držáky plamene v proudových motorech
• Konstrukční držáky, rámy, skříně, kování
• Součásti horké části, jako jsou lopatky turbín a lopatky.
• Raketové pohonné systémy a motory kosmických lodí

Výroba energie:

• Výměníky tepla, potrubí, ventily, rozdělovače v kotlích a systémech rekuperace tepla
• Součásti dráhy horkých plynů plynových turbín, jako jsou trysky, kryty.
• Solární přijímače a kolektory

Automobilový průmysl:

• Kola a skříně turbodmychadel
• Rozvody a součásti výfukového systému

Chemické zpracování:

• Trubky reformeru, reakční nádoby, součásti výměníku tepla
• Potrubí, ventily, čerpadla pro korozivní chemikálie
• Nástroje, jako jsou trny, přípravky pro kompozitní díly

Výhody:

• Vydrží dlouhodobé používání při teplotě přes 700 °C nižší hustota než konkurenční slitiny
• Odolnost proti oxidaci a korozi v prostředí horkých plynů
• Snížení hmotnosti součástek ve srovnání s litými niklovými slitinami
• Umožňuje vytvářet složité optimalizované geometrie, které nejsou možné při odlévání.
• Konsoliduje více dílů do jednoho tištěného komponentu
• Úspora materiálového odpadu oproti subtraktivním metodám
• Kratší dodací lhůty ve srovnání s tradičním zpracováním

K465 se často používá jako náhrada těžších a dražších superslitin v leteckých motorech a pozemních energetických systémech. Práškovou slitinu lze přizpůsobit tak, aby splňovala požadavky v extrémních teplotních, tlakových a korozivních provozních podmínkách.

Specifikace prášku slitiny K465

Prášek ze slitiny K465 pro procesy AM dodávají různí výrobci v následujících jmenovitých specifikacích:

Parametr	Specifikace
Distribuce velikosti částic	15 - 53 mikronů
Obsah kyslíku	0,05% max
Obsah dusíku	0,05% max
Morfologie	Sféroidní
Zdánlivá hustota	4,0 - 4,5 g/cc
Hustota poklepání	4,5 - 5,0 g/cc
Průtoková rychlost	15 - 25 s/50 g

• Rozložení velikosti částic prášku optimalizované pro procesy AM
• Vysoká sypkost prášku zajišťuje rovnoměrné rozprostření vrstvy
• Nízký obsah kyslíku minimalizuje riziko vzniku vad při stavbě.
• Sférická morfologie zajišťuje dobré balení a hustotu práškového lože.

Další požadavky:

• S práškem by se mělo manipulovat v inertní atmosféře, aby se zabránilo kontaminaci.
• Pro dobrý tok prášku je třeba udržovat obsah vlhkosti pod 0,1 hm.%.
• Dočasná skladovatelnost až 1 rok v uzavřených nádobách s argonem
• Otevřené nádoby spotřebujte do 1 týdne, aby nedošlo k jejich znehodnocení.

Splnění specifikací prášku z hlediska velikosti, tvaru, chemického složení a manipulace je rozhodující pro dosažení AM dílů s vysokou hustotou a očekávanými mechanickými vlastnostmi.

Dostupnost prášku ze slitiny K465

Prášek superslitiny K465 lze získat od významných dodavatelů, jako jsou:

Výrobce	Název produktu
Praxair	TA1
Přísada pro tesaře	CarTech K465
Sandvik Osprey	K465-TCP
Erasteel	Stellite AM K465

Prášek slitiny se prodává v různých velikostech od 1 kg nádob pro účely výzkumu a vývoje až po 1000 kg nádoby pro výrobní objemy. Ceny se pohybují od $90-150 za kg v závislosti na množství a výrobci.

Dodací lhůty se obvykle pohybuje v rozmezí 2-8 týdnů od potvrzení objednávky. Přizpůsobené rozdělení velikosti částic a speciální manipulace mohou vyžadovat delší dodací lhůtu.

Zásoby prášku K465 by měly být pečlivě sledovány a v dostatečném předstihu před jejich vyčerpáním doobjednány. Nedostatek může způsobit nákladné prostoje AM strojů. Zvažte rozložení objednávek v čase, abyste udrželi zásoby.

Zpracování prášku slitiny K465

Rozsahy parametrů pro procesy AM:

Proces	Teplota předehřevu	Tloušťka vrstvy	Výkon laseru	Rychlost skenování	Rozteč poklopů
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 = přímé laserové spékání kovů
• EBM = tavení elektronovým svazkem
• Širší rozsah parametrů umožňuje flexibilně optimalizovat povrchovou úpravu, dobu sestavení nebo mechanické vlastnosti.
• Předehřev snižuje zbytková napětí; vyšší u EBM v důsledku vyšších teplot
• Pomalejší rychlost skenování zvyšuje hustotu, ale prodlužuje dobu sestavování
• Jemné rozteče šrafování snižují pórovitost, ale vyžadují více průchodů skenováním.

Následné zpracování:

• Odstranění dílů z konstrukční desky pomocí řezání elektroerozivním drátem
• Odstranění zbytků prášku tryskáním skleněnými kuličkami
• Tepelné zpracování při 870 °C po dobu 1 hodiny
• Ošetření HIP při teplotě 1160 °C a tlaku 100 MPa po dobu 4 hodin.
• Tepelné kalení při teplotě 760 °C po dobu 10 hodin

Výhody následného zpracování:

• HIP uzavírá vnitřní dutiny a minimalizuje pórovitost.
• Tepelné zpracování zmírňuje zbytkové napětí a dosahuje optimální tvrdosti.
• Poskytuje husté díly s hustotou blízkou 100% s mechanickými vlastnostmi ekvivalentními odlitkům a kovaným dílům.
• Další izostatické lisování za tepla (HIP) a tepelné zpracování mohou dále zlepšit vlastnosti.

Výběr parametrů, podpůrné struktury, orientace konstrukce a kroky následného zpracování lze optimalizovat na základě použité technologie AM a požadovaných vlastností.

Jak si K465 vede ve srovnání s jinými prášky z nadslitin

K465 vs Inconel 718

Slitina	K465	Inconel 718
Hustota	Vyšší	Dolní
Pevnost v tahu	Podobné stránky	Podobné stránky
Servisní teplota	o 100 °C vyšší	Do 650 °C
Náklady	2x dražší	Úspornější

• K465 se vybírá pro vyšší teploty, kde je zvýšení nákladů odůvodněné.
• Inconel 718 je ekonomičtější pro aplikace při nižších teplotách

K465 vs Haynes 282

Slitina	K465	Haynes 282
Zpracovatelnost	Lepší	Obtížnější
Tepelná vodivost	Vyšší	Dolní
Provozní teplota	Podobné stránky	Podobné stránky
Náklady	Podobné stránky	Podobné stránky

• K465 se snadněji tiskne laserem a následně zpracovává bez praskání
• Haynes 282 větší náchylnost k trhlinám při tuhnutí během sestavování

K465 vs CM 247 LC

Slitina	K465	CM 247 LC
Hustota	Dolní	Vyšší
Síla	Podobné stránky	Podobné stránky
Tažnost	Vyšší	Dolní
Náklady	Dolní	Vyšší

• K465 má lepší kombinaci pevnosti a tažnosti.
• Levnější alternativa slitiny CM 247 LC

K465 vs Inconel 625

Slitina	K465	Inconel 625
Servisní teplota	Vyšší	Do 700 °C
Odolnost proti korozi	Mírný	Vynikající
Náklady	Vyšší	Dolní
Dostupnost	Více omezené	Snadno dostupné

• Inconel 625 je zvolen tam, kde odolnost proti korozi převažuje nad schopností pracovat při vysokých teplotách
• K465 je vhodnější pro díly proudových motorů vystavené extrémním teplotám

Pochopení toho, v čem K465 vyniká a v čem naopak zaostává ve srovnání s alternativami, usnadňuje výběr materiálu pro komponenty AM. Slitinu lze přizpůsobit tak, aby se změnila rovnováha mezi náklady, dostupností, zpracovatelností a vlastnostmi.

Prášek ze slitiny K465 - často kladené otázky

Otázka: Jaké kroky před zpracováním jsou nutné pro prášek K465?

Odpověď: Prášek K465 je třeba sušit 1-4 hodiny při teplotě 100-150 °C, aby se odstranila vlhkost absorbovaná během přepravy a skladování. Proséváním v rozmezí 20-63 mikronů se odstraní velké částice, které mohou způsobit problémy s přetřením.

Otázka: Vyžaduje K465 následné zpracování izostatickým lisováním za tepla (HIP)?

Odpověď: HIP je pro K465 doporučen, ale není povinný. Pomáhá uzavřít vnitřní dutiny a dosáhnout maximální hustoty a mechanických vlastností. Obvykle se používá HIP při teplotě 1160 °C a tlaku 100 MPa po dobu 4 hodin.

Otázka: Jaké tepelné úpravy lze použít pro přizpůsobení vlastností K465?

Odpověď: Pro optimalizaci pevnosti a tažnosti se používá úprava roztokem při 1150 °C a jednoduché nebo dvojité stárnutí v rozmezí 700-850 °C. Rychlé ochlazení po úpravě roztokem zlepšuje vlastnosti.

Otázka: Lze superslitinu K465 svařovat pro účely oprav?

Odpověď: Ano, K465 lze svařovat pomocí přídavného kovu ER NiCrMo-10. Po svařování je nutné ošetření roztokem při 1175 °C a stárnutí při 845 °C, aby se obnovily vlastnosti.

Otázka: Jaké výrobní vady se mohou vyskytnout u sestav K465?

Odpověď: Nedostatečná pórovitost taveniny, praskliny mezi vrstvami, delaminace a deformace jsou potenciální vady vyžadující optimalizaci parametrů. Nižší předehřev a vyšší rychlost skenování zvyšují riziko.

Otázka: Jaké dokončovací metody lze použít na aditivně vyráběné díly K465?

Odpověď: Obrábění, kuličkování, chemické leptání a elektrolytické leštění umožňují zlepšit drsnost povrchu. To usnadňuje kontrolu NDE a zvyšuje únavovou životnost.

Otázka: Vyžaduje prášek ze slitiny K465 zvláštní opatření pro skladování?

Odpověď: Prášek K465 rychle absorbuje vlhkost, proto je nutné jej skladovat v uzavřených nádobách proplachovaných argonem. Použijte do 1 týdne od otevření nádoby, abyste zabránili degradaci.

Otázka: Jaká bezpečnostní opatření jsou nutná při manipulaci s práškem K465?

Odpověď: Prášek K465 není hořlavý, ale může způsobit podráždění kůže/očí. Používejte ochranné rukavice, oděv a obličejové štíty. Zabraňte vdechnutí a zajistěte řádné větrání.

Závěr

Prášek z niklové superslitiny K465 se stále více uplatňuje v aditivní výrobě a umožňuje vyrábět lehké a vysoce pevné součásti se složitou geometrií. Jeho vyvážené složení poskytuje účinnou kombinaci mechanických vlastností, oxidační odolnosti, tepelné stability a svařitelnosti. Díky těmto vlastnostem je slitina K465 vhodná pro letecké pohonné systémy, pozemní zařízení na výrobu energie a hardware pro chemické zpracování, který vydrží dlouhodobý provoz při vysokých teplotách.

Porozumění mezeře, ve které K465 překonává alternativy, jako je Inconel 718 nebo Haynes 282, umožňuje správný výběr materiálu. Pro dosažení optimální mikrostruktury a výkonu je nutná pečlivá kontrola parametrů procesu AM, kvality prášku, tepelného zpracování a izostatického lisování za tepla. S dalším rozvojem možností aditivní výroby otevřou technické materiály, jako je K465, nové možnosti pro konstrukci nové generace vysokoteplotních součástí s prodlouženou životností.