一种含钴的Inconel625-Co合金及其制备方法

一种含钴的inconel625-co合金及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及增材制造领域，具体涉及一种含钴的inconel625-co合金及其制备方法。


背景技术：

2.inconel625合金是一种多元素的高温合金，具有fcc结构，其中含有cr、mo等元素，还会表现出较好的抗氧化性和耐腐蚀性，在氯化物中还会表现出具有优异的耐点蚀性、缝隙和应力腐蚀以及晶间腐蚀等性能。而且该合金好具有良好的焊接性以及可加工性，在航空航天、深海远洋、核能等领域都有广泛的应用。目前研究者们对625合金的性能等方面也做了广泛的研究，liu等人研究了当凝固温度达到1050摄氏度以上时，合金体系的晶粒随温度的升高而变大。刘爽等人研究了inconel625合金体系在加热过程中的组织变化，结果发现温度达到1185摄氏度时组织中的偏析较少，组织也比较均匀。
3.co元素在钢中的应用比较多，co元素在钢中主要有以下作用：co元素是奥氏体的形成元素，它的加入会降低过冷奥氏体的稳定性，从而影响钢的稳定性。另一方面，co元素会固溶于基体中，在一定程度上可以促进碳化物的沉淀，从而提升强度和硬度。此外，co元素还会和mo发生反应，从而降低mo元素的固溶度，导致mo元素以金属化合物的形式析出，最终引起钢的硬度的提升。
4.虽然很多的学者对inconel625和co元素做了大量的研究，但是目前很少有人研究co含量对inconel625组织性能的研究。因此，本发明以inconel625为研究对象，选用等离子焊接机器人，通过旁路送丝的方式来研究不同的co含量对inconel625合金会产生怎样的影响。


技术实现要素：

5.有鉴于现有技术，本发明的目的在于提供一种通过添加钴不仅保留了inconel625合金良好的性能，且还提升了inconel625合金在硬度和屈服强度等力学性能的inconel625-co合金。
6.为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种含钴的inconel625-co合金的制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：
7.1)、准备原材料：直径为1.2mm的inconel625焊丝和直径为0.8mm的co焊丝，并用锉刀等打磨工具对焊丝尖端进行打磨；
8.2)、304不锈钢板的预处理：将304不锈钢板用磨砂机进行粗打磨，去除表面油污和氧化物，使用酒精擦拭基材表面，将其放入真空干燥箱中烘干，加热温度：120℃，保温时间：0.5h；
9.3)、使用等离子电弧焊接机器人进行增材制造，送丝机导电嘴与水平呈30
°‑
45
°
的夹角，丝材距离等离子电弧焊枪8-12mm，等离子焊接机器人的焊接电流为90a，焊枪移动速度为0.015m/min，保护气体选择纯度为99.99％的氩气，保护气流量为20l/min；
10.4)、送丝机采用双送丝的方式同时送inconel625焊丝和co焊丝，其中，inconel625焊丝的送丝速度保持匀速1.5m/min，控制co焊丝的送丝速度分别为：0.5m/min或0.7m/min，来达到控制inconel625合金中co含量，根据要求进行inconel625-co合金的制备。
11.有益效果：本发明的含钴的inconel625-co合金的制备方法，其特点在于本发明制备的inconel625-co合金，通过添加co对inconel625合金进行了提升，不仅保留了inconel625合金良好的耐高温性、抗氧化性、耐腐蚀性以及良好的焊接性以及可加工性等性能，还在一定程度上增加了inconel625合金中的奥氏体的比例，使得合金的硬度和屈服强度得到了提升，具有非常大的应用潜力，其次，本发明的制备方案中采用丝材相对粉末较便宜，且通过采用丝材以控制送丝速度的方式，不仅降低了制备难度，且采用丝材降低材料成本，在融化过程中也不易产生灰尘，有利于对工作环境的维持。
附图说明
12.图1为本发明制备的不同co含量的inconel625-co合金体系的xrd图。
13.图2为本发明制备的不同co含量的inconel625-co合金体系的拉伸应力-应变图。
14.图3为本发明制备的不同co含量的inconel625-co合金体系的平均硬度柱状图。
具体实施方式
15.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
16.实施例：一种通过等离子电弧焊接机器人进行含钴的inconel625-co合金的制备方法，包括如下制备步骤：
17.1)、准备原材料：304不锈钢板、直径为1.2mm的inconel625焊丝和直径为0.8mm的co焊丝，焊丝的纯度99％，并用锉刀等工具对焊丝尖端进行打磨；
18.2)、304不锈钢板的预处理：将304不锈钢板用磨砂机进行粗打磨，去除表面油污和氧化物，使用酒精擦拭基材表面，将其放入真空干燥箱中烘干，加热温度：120℃，保温时间：0.5h；
19.3)、使用等离子电弧焊接机器人，根据要求进行不同co含量inconel625-co合金的增材制造；
20.inconel625-co合金体系的制备需要在高纯度氩气的保护下进行，保护气浓度为99.99％，保护气流量20l/min，送丝机的导电嘴到等离子电弧喷口的距离为8-12mm，优选为10mm，在等离子电弧的作用下，焊丝被高温熔化成液滴滴落在304不锈钢基板上，通过层层堆叠凝固，最终获得inconel625-co合金体系：
21.在送丝前先在基板上选定两个起弧点和收弧点，记录下两个点的坐标；
22.以两个坐标为基础在cad中画线，然后加载等离子电弧焊接机器人的加载程序，形成打印程序，然后将程序复制到机器人示教器，通过示教器控制等离子焊接机器人进行打印；
23.送丝机导电嘴与水平呈30
°‑
45
°
的夹角；
24.在正式打印之前要对基板进行预热，预热电流选择60a，焊枪移动速度选择
0.015m/min；
25.预热后以90a的电流进行增材制造，inconel625焊丝的送丝速度为1.5m/min，co焊丝的送丝速度优选为0.5m/min或0.7m/min(本技术的附图中，还设置有一组0m/min送丝速度，即无钴焊丝的inconel625合金作为对照组，对照组中为零含量钴)，送丝速度决定了在inconel625-co合金中co的不同含量，具体数值以配方需求为准，如图1-3所示的不同含量所形成的合金性质亦不相同；
26.每层的打印高度在2-3mm之间，增材制造路径采用z字形，通过上述方案即可制备出需求的inconel625-co合金；
27.最后，使用线切割机切割出所需要的合金产品尺寸。
28.本实施例中还进一步公开了对本发明中利用增材供丝速度控制，来控制合金质量比的方式，其特点在于便于对合金的成分把控，本发明还对送丝速度和质量比转化的简单计算公开公式如下：
29.在同一合金中，组成inconel625-co的成分占比简单计算如下
30.每分钟inconel625的质量：
31.s1＝πr2＝0.62π≈1.131
[0032]v1
＝1.5*s1≈1.6965
[0033]
m1＝ρ
1v1
＝8.4*1.6965≈14.2506
[0034]
每分钟co的质量：
[0035]
s2＝πr2＝0.42π≈0.5027
[0036]
m2＝ρ2s2*x＝8.9*x*s2[0037]
其中，x为变量co焊丝的每分钟送丝速度；
[0038]
通过对m1∶m2，代入变量x计算得到：
[0039]
在co焊丝速度为0.5m/min的对照组中co焊丝和inconel625焊丝的质量比为1∶6.37；
[0040]
在co焊丝速度为0.7m/min的对照组中co焊丝和inconel625焊丝的质量比为1∶4.55；
[0041]
本发明还对包括不含co的对照组，总计三组实验组的合金性能和数据进行了检测，具体参数如图1-3所示。
[0042]
本发明的优点：
[0043]
一、本发明通过添加co对合金进行性能提升，不仅保留了inconel625合金良好的耐高温性、抗氧化性、耐腐蚀性以及良好的焊接性以及可加工性等性能，还在一定程度上增加了inconel625合金中的奥氏体的比例，使得合金的硬度和屈服强度得到了的提升，具有非常大的应用潜力。
[0044]
二、丝材价格相对于粉末较便宜且这两种丝材比较容易购买，丝材相对于粉末，在融化过程中不会有大量灰尘产生，相对工作环境较干净，减少了环境和对操作人员的健康伤害。
[0045]
三、通过本发明可知采用丝材的制备方法，可以通过控制丝材的送丝速度简单快速的计算调节，每种材料的成分配比，相对于粉末等方式，无疑简易了操作方式工艺，此外，丝材的送丝速度随时可调，操作人员还可根据设定对多层之间的配比进行微调或设定，进
一步体现出本发明通过丝材制备的特点。
[0046]
显然，本发明的制备方法不仅限于等离子电弧焊接方法进行制备，本领域技术人员应当了解，直接采用本领域所公知的制备工艺，以本发明的inconel625-co合金配比或通过改变送丝速度进行的inconel625-co合金制备，均属于落入本发明的保护范围内。此外，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。