一种适用于增材制造的钴基高温合金

摘要

本发明公开了一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Fe：14.0~15.5%，Cr：14.2~15.5%，Ni：17.0~19.0%，Mo：3.5~5.0%，Ti：0.5~1.0%，Al：3.0~4.0%，Ta：0.5~1.0%，W：2.3~4.0%，Nb：0.5~1.0%，Re：0.1~0.5%，C：0.02~0.05%，B：0.001~0.08%，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。该钴基高温合金在增材过程中具有良好的工艺性，所制备结构复杂件没有裂纹、气孔等缺陷。

权利要求

1.一种适用于增材制造的钴基高温合金，其特征在于，制成丝材后通过冷金属过渡焊接技术增材制造得到块状增材体，合金的化学成分按质量百分比计为：Fe：14.0 15.5%，Cr：~

14.2 15.5%，Ni：17.0 19.0%，Mo：3.5 5.0%，Ti：0.5 1.0%，Al：3.0 4.0%，Ta：0.5 1.0%，W：~ ~ ~ ~ ~ ~

2.3 4.0%，Nb：0.5 1.0%，Re：0.1 0.5%，C：0.02 0.05%，B：0.001 0.08%，O≤10ppm，N≤~ ~ ~ ~ ~

10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

2.一种适用于增材制造的钴基高温合金，其特征在于，制成粉末后通过激光选区熔化技术增材制造得到块状增材体，合金的化学成分按质量百分比计为：Fe：14.0 15.5%，Cr：~

14.2 15.5%，Ni：17.0 19.0%，Mo：3.5 5.0%，Ti：0.5 1.0%，Al：3.0 4.0%，Ta：0.5 1.0%，W：~ ~ ~ ~ ~ ~

2.3 4.0%，Nb：0.5 1.0%，Re：0.1 0.5%，C：0.02 0.05%，B：0.001 0.08%，O≤10ppm，N≤~ ~ ~ ~ ~

10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

3.一种适用于增材制造的钴基高温合金的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将如权利要求1所述的钴基高温合金的丝材使用冷金属过渡焊接技术制备钴合金块体，设置送丝速度为4.5 5.5m/min，熔覆速度为45 50cm/min，焊接电流为120 140A，在基板~ ~ ~上增材制造所述钴基高温合金的块体试样，块体每一层焊道与下一层焊道垂直。

4.一种适用于增材制造的钴基高温合金的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将如权利要求1所述的钴基高温合金的丝材使用冷金属过渡焊接技术制备钴合金块体，设置送丝速度为4.5m/min，熔覆速度为45cm/min，焊接电流为100A，在基板上增材制造所述钴基高温合金的块体试样，块体每一层焊道与下一层焊道垂直。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，丝材的直径为0.8 1.2mm。

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6.一种适用于增材制造的钴基高温合金的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将如权利要求2所述的钴基高温合金的粉末用激光选区熔化技术制备钴合金块体，设置激光功率为100 120W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为350 400mm/s，扫描间~ ~距为120 130μm，在基板上增材制造出所述钴基高温合金的块体试样。

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7.一种适用于增材制造的钴基高温合金的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将如权利要求2所述的钴基高温合金的粉末用激光选区熔化制备钴合金构件，设置激光功率为100W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为380mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材制造出所述钴基高温合金的块体试样。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，粉末的直径为15 53μm。

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说明书

一种适用于增材制造的钴基高温合金

技术领域

[0001] 本专利发明公开了一种适用于增材制造的钴基高温合金，属于金属材料技术领域。

背景技术

[0002] 增材制造技术(Additive Manufacturing，AM)是一种融合了计算机、材料和三维数字建模等内容的高新技术，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。其是一种复杂零件近成形技术，因而其具有材料利用率高、制造周期较短和能够制造较为复杂零件等优点，在航空航天领域具有一定的应用前景。

[0003] 钴基高温合金在高温时具有较高的强度、良好的抗热疲劳、耐热腐蚀和耐磨性能，相比于镍基高温合金，其具有更高的热导率和更低的热膨胀性能，被广泛用于制造航空喷器发动机、工业燃气轮机舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导叶以及柴油机喷嘴等。将增材制造技术和钴基高温合金实现有机结合，不仅能更便捷地制造出航空发动机中较为复杂的结构零部件，而且制造出的钴基高温合金零部件具有良好的耐热、耐磨和耐腐蚀性能，这对于复杂高温结构零部件的制造和钴基高温合金推广使用具有重要的现实价值和战略意义。

[0004] 目前适用于增材制造的钴基高温合金极其有限，传统的钴基高温合金在增材制造过程中工艺性较差，易变形、产生气孔裂纹等缺陷，在大型构件中也表现出较大的应力，传统钴基高温合金难以适用于增材制造。

发明内容

[0005] 为了解决钴基高温合金增材过程中成形性及工艺性差的问题，本发明旨在提供一种适用于增材制造的钴基高温合金及其制备方法，增材制造的样品没有裂纹、气孔等缺陷，打印工艺性好，具有高强度、高塑性和优异的高温性能。

[0006] 实现本发明目的的技术解决方案是：

[0007] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Fe：14.0～15.5％，Cr：14.2～15.5％，Ni：17.0～19.0％，Mo：3.5～5.0％，Ti：0.5～1.0％，Al：3.0～
4.0％，Ta：0.5～1.0％，W：2.3～4.0％，Nb：0.5～1.0％，Re：0.1～0.5％，C：0.02～0.05％，B：0.001～0.08％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0008] 上述适用于增材制造的钴基高温合金的制备方法，具体包括如下步骤：

[0009] 将0.8～1.2mm钴基高温合金丝材使用冷金属过渡焊接技术(CMT)制备钴合金块体，设置送丝速度为4.5～5.5m/min，熔覆速度为45～50cm/min，焊接电流为120～140A，在基板上增材制造所述钴基合金的块体试样，块体每一层焊道与下一层焊道垂直。

[0010] 较佳的，将0.8～1.2mm钴基高温合金丝材使用冷金属过渡焊接技术(CMT)制备钴合金块体，设置送丝速度为4.5m/min，熔覆速度为45cm/min，焊接电流为100A，在基板上增材制造所述钴基合金的块体试样，块体每一层焊道与下一层焊道垂直。

[0011] 本发明还提供了另一种适用于增材制造的钴基高温合金的制备方法，具体包括如下步骤：

[0012] 将直径为15～53μm的钴基高温合金粉末用激光选区熔化技术(SLM)制备钴合金块体，设置激光功率为100～120W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为350～400mm/s，扫描间距为120～130μm，在基板上增材制造出所述钴基合金的块体试样。

[0013] 较佳的，将直径为15～53μm的钴基高温合金粉末用激光选区熔化制备钴合金构件，设置激光功率为100W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为380mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个毛坯试样。

[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0015] 本发明设计了一种适用于增材制造的钴基高温合金，该合金体系打印工艺性好，所制备样品没有裂纹、气孔等缺陷。制成丝材或粉末后通过增材制造得到的块状增材体平行于基板方向，室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为942～985MPa、432～490MPa、42～50％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为446～486MPa、205～265MPa、47～
57％，增材体在950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为50～63MPa，950℃/70MPa测试条件下持久时间为321～355h。增材体垂直于基板方向，室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为920～970MPa、412～480MPa、53～61％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为426～456MPa、197～242MPa、58～70％，增材体在950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为47～60MPa，950℃/70MPa测试条件下持久时间为300～345h。总之，钴基合金增材制造出的样品打印工艺性、成形性较好，增材体具有高强度、高塑性和优异的高温性能。

具体实施方式

[0016] 本发明提供了一种适用于增材制造的钴基高温合金，该体系钴基合金含有Cr、Fe、Ni、Mo、Al、Ti、Nb、Ta、W、Re、C、B等合金元素，制备所得的增材打印工艺性、成形性好，体性能优异，具有高强度、高塑性和优异的高温性能。

[0017] 本发明所述的适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Fe：14.0～15.5％，Cr：14.2～15.5％，Ni：17.0～19.0％，Mo：3.5～5.0％，Ti：0.5～1.0％，Al：3.0～4.0％，Ta：0.5～1.0％，W：2.3～4.0％，Nb：0.5～1.0％，Re：0.1～0.5％，C：0.02～
0.05％，B：0.001～0.08％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0018] 其中，Cr元素改善合金的抗氧化和抗腐蚀性能，Ni元素使γ奥氏体稳定存在，Mo元素、W元素和Nb元素起固溶强化作用，Ti元素和Al元素添加会形成弥散γ’相沉淀强化相，B元素的添加可使晶界强化，C元素、Re元素和Fe元素的添加为优化合金性能，Ta元素的添加可使γ相在高温条件下仍然保持稳定，Co元素为合金基体，O、C、P、S为杂质元素。经大量研究实验发现，上述合金元素之间相互协同作用，在上述合金元素范围内，所制备的钴基高温合金在增材过程中具有良好的工艺性，且具有优异的力学性能。

[0019] 上述适用于增材制造的钴基高温合金的制备方法，具体包括如下步骤：

[0020] (1)按照设计的成分配置钴合金所需材料；

[0021] (2)将配置的材料放入真空熔炼炉中进行熔炼，浇铸成实心棒材；

[0022] (3)将浇铸的棒材进行多次轧制、拉拔，制成直径为0.8～1.2mm的钴合金丝材；

[0023] (4)将0.8～1.2mm钴合金丝材使用冷金属过渡焊接技术(CMT)制备钴合金块体，设置送丝速度为4.5～5.5m/min，熔覆速度为45～50cm/min，焊接电流为120～140A，在基板上增材制造所述钴基合金的块体试样，块体每一层焊道与下一层焊道垂直。

[0024] 本发明还提供了另一种适用于增材制造的钴基高温合金的制备方法，具体包括如下步骤：

[0025] (1)按照设计的成分配置钴合金所需材料；

[0026] (2)将配置的材料放入真空熔炼炉中进行熔炼，浇铸成实心棒材；

[0027] (3)将棒材放入雾化炉中，采用真空惰性气体气雾化技术制成钴合金粉末；

[0028] (4)将制备的粉末进行筛分，选取直径为15～53μm的钴合金粉末进行增材制造；

[0029] (5)将直径为15～53μm的钴合金粉末用激光选区熔化技术(SLM)制备钴合金块体，设置激光功率为100～120W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为350～400mm/s，扫描间距为120～130μm，在基板上增材制造出所述钴基合金的块体试样。

[0030] 实施例1：

[0031] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.2％，Fe：14.0％，Mo：4.4％，Cr：14.8％，Ni：18.0％，Ti：0.4％，Ta：0.6％，W：3.1％，Nb：0.6％，Re：0.1％，C：0.02％，B：0.05％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0032] 将钴基高温合金制成直径为0.8mm的丝材，使用CMT进行丝材的增材制造，设置送丝速度为4.5m/s、焊接电流为120A、熔覆速度为45cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。且每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0033] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0034] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为942MPa、432MPa、47％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为456MPa、218MPa、51％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为335h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为56MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
931MPa、412MPa、58％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为436MPa、201MPa、
61％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为324h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为53MPa。

[0035] 实施例2：

[0036] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.6％，Fe：15.5％，Mo：4.6％，Cr：14.6％，Ni：18.1％，Ti：0.5％，Ta：0.7％，W：3.0％，Nb：0.8％，Re：0.3％，C：0.03％，B：0.04％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0037] 将钴基高温合金制成直径为1mm的丝材，使用CMT进行丝材的增材制造，设置送丝速度为5.0m/s、焊接电流为125A、熔覆速度为50cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。且每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0038] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0039] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为956MPa、434MPa、49％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为460MPa、220MPa、52％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为334h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为57MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
920MPa、435MPa、59％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为440MPa、206MPa、
64％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为323h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为52MPa。

[0040] 实施例3：

[0041] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：4.0％，Fe：15.2％，Mo：3.0％，Cr：15.5％，Ni：18.5％，Ti：0.9％，Ta：0.8％，W：3.2％，Nb：0.9％，Re：0.5％，C：0.05％，B：0.06％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0042] 将钴基高温合金制成直径为1mm的丝材，使用CMT进行丝材的增材制造，设置送丝速度为5.0m/s、焊接电流为130A、熔覆速度为50cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。且每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0043] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0044] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为980MPa、490MPa、50％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为486MPa、265MPa、56％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为355h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为63MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
970MPa、480MPa、61％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为456MPa、242MPa、
70％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为345h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为60MPa。

[0045] 实施例4：

[0046] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：4.0％，Fe：14.5％，Mo：5.0％，Cr：14.6％，Ni：18.0％，Ti：0.6％，Ta：0.8％，W：3.4％，Nb：0.7％，Re：0.4％，C：0.03％，B：0.05％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0047] 将钴基高温合金制成直径为1.2mm的丝材，使用CMT进行丝材的增材制造，设置送丝速度为5.5m/s、焊接电流为140A、熔覆速度为50cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。且每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0048] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0049] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为975MPa、452MPa、46％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为471MPa、236MPa、52％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为346h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为59MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
945MPa、440MPa、57％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为451MPa、216MPa、
63％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为335h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为56MPa。

[0050] 实施例5：

[0051] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.6％，Fe：14.8％，Mo：4.7％，Cr：14.2％，Ni：18.8％，Ti：0.6％，Ta：0.7％，W：3.1％，Nb：0.5％，Re：0.2％，C：0.03％，B：0.04％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0052] 将钴基高温合金制成直径为0.8mm的丝材，使用CMT进行丝材的增材制造，设置送丝速度为4.5m/s、焊接电流为120A、熔覆速度为45cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。且每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0053] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0054] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为970MPa、475MPa、45％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为470MPa、233MPa、51％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为343h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为57MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
944MPa、445MPa、56％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为450MPa、213MPa、
65％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为333h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为55MPa。

[0055] 实施例6：

[0056] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.4％，Fe：14.6％，Mo：4.4％，Cr：15.5％，Ni：18.2％，Ti：0.5％，Ta：0.6％，W：3.2％，Nb：0.8％，Re：0.1％，C：0.02％，B：0.05％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0057] 将钴基高温合金制成直径为1mm的丝材，使用CMT进行丝材的增材制造，设置送丝速度为5.0m/s、焊接电流为125A、熔覆速度为50cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。且每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品进行切割处理，切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0058] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0059] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为965MPa、449MPa、46％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为468MPa、229MPa、50％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为340h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为58MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
936MPa、443MPa、58％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为448MPa、219MPa、
63％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为320h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为56MPa。

[0060] 实施例7：

[0061] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.3％，Fe：14.6％，Mo：4.0％，Cr：14.6％，Ni：17.0％，Ti：0.6％，Ta：0.7％，W：3.2％，Nb：0.7％，Re：0.3％，C：0.04％，B：0.06％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0062] 将钴基高温合金制成直径为1mm的丝材，使用CMT进行丝材的增材制造，设置送丝速度为5.0m/s、焊接电流为130A、熔覆速度为50cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。且每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0063] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0064] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为978MPa、456MPa、47％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为463MPa、220MPa、50％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为334h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为56MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
948MPa、426MPa、60％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为440MPa、209MPa、
59％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为324h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为53MPa。

[0065] 实施例8：

[0066] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.3％，Fe：14.6％，Mo：4.2％，Cr：15.0％，Ni：19.0％，Ti：0.7％，Ta：0.9％，W：3.1％，Nb：0.7％，Re：0.2％，C：0.03％，B：0.04％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0067] 将钴基高温合金制成直径为1.2mm的丝材，使用CMT进行丝材的增材制造，设置送丝速度为5.5m/s、焊接电流为140A、熔覆速度为50cm/min，在基板上堆焊出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。且每一层焊道与下一层焊道垂直，将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0068] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0069] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为970MPa、449MPa、46％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为457MPa、217MPa、49％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为330h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为53MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
938MPa、428MPa、57％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为426MPa、205MPa、
60％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为320h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为50MPa。

[0070] 实施例9：

[0071] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.6％，Fe：14.8％，Mo：4.2％，Cr：15.3％，Ni：18.0％，Ti：0.8％，Ta：0.5％，W：3.5％，Nb：0.6％，Re：0.3％，C：0.02％，B：0.05％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0072] 将钴基高温合金制成15～53μm的钴基高温合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钴基高温合金块体，设置激光功率为100W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为350mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0073] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0074] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为960MPa、445MPa、45％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为450MPa、210MPa、48％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为328h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为50MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
930MPa、423MPa、55％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为430MPa、220MPa、
59％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为318h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为47MPa。

[0075] 实施例10：

[0076] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.5％，Fe：14.3％，Mo：3.9％，Cr：14.8％，Ni：17.9％，Ti：0.6％，Ta：1.0％，W：3.5％，Nb：0.5％，Re：0.4％，C：0.03％，B：0.04％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0077] 将钴基高温合金制成15～53μm的钴基高温合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钴基高温合金块体，设置激光功率为110W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为400mm/s，扫描间距为130μm，在基板上增材出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0078] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0079] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为972MPa、447MPa、46％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为469MPa、226MPa、52％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为336h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为56MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
933MPa、422MPa、56％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为449MPa、209MPa、
63％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为326h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为53MPa。

[0080] 实施例11：

[0081] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.5％，Fe：14.6％，Mo：4.5％，Cr：14.5％，Ni：18.1％，Ti：0.5％，Ta：0.6％，W：2.3％，Nb：0.8％，Re：0.4％，C：0.04％，B：0.07％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0082] 将钴基高温合金制成15～53μm的钴基高温合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钴基高温合金块体，设置激光功率为105W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为380mm/s，扫描间距为125μm，在基板上增材出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0083] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0084] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为983MPa、485MPa、48％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为465MPa、233MPa、53％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为330h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为53MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
937MPa、430MPa、58％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为443MPa、203MPa、
63％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为310h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为50MPa。

[0085] 实施例12：

[0086] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.4％，Fe：14.7％，Mo：3.9％，Cr：14.9％，Ni：18.3％，Ti：0.5％，Ta：0.8％，W：4.0％，Nb：0.5％，Re：0.2％，C：0.03％，B：0.05％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0087] 将钴基高温合金制成15～53μm的钴基高温合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钴基高温合金块体，设置激光功率为100W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为370mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0088] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0089] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为951MPa、433MPa、42％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为446MPa、205MPa、47％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为321h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为50MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
921MPa、416MPa、53％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为433MPa、197MPa、
58％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为300h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为47MPa。

[0090] 实施例13：

[0091] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.5％，Fe：14.7％，Mo：4.1％，Cr：14.8％，Ni：18.1％，Ti：0.5％，Ta：0.6％，W：3.0％，Nb：0.6％，Re：0.4％，C：0.02％，B：0.001％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0092] 将钴基高温合金制成15～53μm的钴基高温合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钴基高温合金块体，设置激光功率为115W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为370mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0093] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0094] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为976MPa、450MPa、46％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为460MPa、230MPa、52％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为340h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为57MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
926MPa、420MPa、54％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为430MPa、203MPa、
62％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为320h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为52MPa。

[0095] 实施例14：

[0096] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.6％，Fe：14.6％，Mo：4.2％，Cr：14.9％，Ni：17.8％，Ti：0.6％，Ta：0.7％，W：3.4％，Nb：0.6％，Re：0.2％，C：0.02％，B：0.08％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0097] 将钴基高温合金制成15～53μm的钴基高温合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钴基高温合金块体，设置激光功率为120W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为370mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0098] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0099] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为985MPa、480MPa、50％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为485MPa、264MPa、57％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为350h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为63MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
935MPa、426MPa、60％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为451MPa、234MPa、
68％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为330h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为59MPa。

[0100] 实施例15：

[0101] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.0％，Fe：14.8％，Mo：4.2％，Cr：15.0％，Ni：18.0％，Ti：0.7％，Ta：0.6％，W：3.5％，Nb：0.8％，Re：0.3％，C：0.03％，B：0.05％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0102] 将钴基高温合金制成15～53μm的钴基高温合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钴基高温合金块体，设置激光功率为115W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为380mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0103] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0104] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为981MPa、476MPa、49％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为479MPa、241MPa、54％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为346h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为58MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
930MPa、433MPa、59％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为439MPa、213MPa、
64％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为326h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为55MPa。

[0105] 实施例16：

[0106] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：4.0％，Fe：14.6％，Mo：4.1％，Cr：14.8％，Ni：18.2％，Ti：0.5％，Ta：0.8％，W：3.4％，Nb：0.6％，Re：0.3％，C：0.04％，B：0.04％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0107] 将钴基高温合金制成15～53μm的钴基高温合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钴基高温合金块体，设置激光功率为120W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为400mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个尺寸为20×20×20cm的块体试样。将制成的样品切割成平行于基板和垂直于基板方向两类样品，便于分析其性能。

[0108] 制作金相试样观察试样微观组织，平行于基板方向增材体的组织为等轴晶，垂直于基板方向增材体的组织为柱状晶。试样内无明显气孔、裂纹等缺陷，在增材过程中工艺性较好。

[0109] 按照拉伸实验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，在平行于基板方向得到室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为973MPa、450MPa、46％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为463MPa、230MPa、53％，950℃/
70MPa测试条件下持久时间为338h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过1％的蠕变极限为56MPa。在垂直于基板方向增材体的室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为
924MPa、419MPa、55％，950℃抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为433MPa、200MPa、
62％，950℃/70MPa测试条件下持久时间为318h，950℃/100h测试条件下最大变形量不超过
1％的蠕变极限为51MPa。

[0110] 实施例17：

[0111] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.5％，Fe：14.6％，Mo：4.0％，Cr：14.8％，Ni：18.0％，Ti：0.6％，Ta：0.7％，W：3.4％，Nb：0.7％，Re：0.2％，C：0.03％，B：0.07％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0112] 将钴基合金制成直径为0.8mm的丝材，使用CMT进行丝材的增材制造，设置送丝速度为4.5m/s、焊接电流为120A、熔覆速度为45cm/min，在基板上堆焊出一个直径为0.5m的涡轮盘毛坯试样，并通过机加工制成涡轮盘成品。

[0113] 增材的涡轮盘毛坯无变形、开裂。机加工的涡轮盘成品X射线无损检测分析结果表明，增材试样没有出现裂纹气孔等缺陷。

[0114] 当在上述同等制备工艺条件下，使用传统高温合金丝材GH5188增材涡轮盘毛坯试样时，制备的毛坯变形大、出现大量的裂纹等缺陷，无法进行后续机加工，说明其难以适用CMT增材。

[0115] 实施例18：

[0116] 一种适用于增材制造的钴基高温合金，其化学成分按质量百分比计为：Al：3.7％，Fe：14.5％，Mo：4.5％，Cr：14.9％，Ni：18.2％，Ti：0.6％，Ta：0.8％，W：3.5％，Nb：0.8％，Re：0.3％，C：0.03％，B：0.07％，O≤10ppm，N≤10ppm，P≤10ppm，S≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0117] 将钴合金制成15～53μm的钴合金粉末，使用激光选区熔化技术制备钴合金构件，设置激光功率为100W，选择光斑直径为180μm的岛扫描，扫描速度为380mm/s，扫描间距为120μm，在基板上增材出一个直径为0.5m的涡轮盘试样。

[0118] 所制试样表面精度高，无变形。X射线无损检测分析结果表明，增材试样没有裂纹、气孔等缺陷。

[0119] 当在上述同等制备工艺条件下，使用传统高温合金GH5188粉末增材涡轮盘毛坯试样时，激光选区熔化制备的涡轮盘成型质量差，出现大量的裂纹等缺陷，难以满足使用要求。

[0120] 表1至表5分别给出了各实施例的成分和测试结果。

[0121] 表1具体实施例成分表(wt.％)

[0122]

[0123]

[0124] 注：O≤10ppm，N≤10ppm，S≤10ppm，P≤10ppm，O+N+S≤25ppm，余量为Co。

[0125] 表2室温拉伸性能参数

[0126]

[0127]

[0128] 注：横向为平行于基板方向，纵向为垂直于基板方向，σb、σs、δ分别表示抗拉强度、屈服强度、断后延伸率。

[0129] 表3 950℃拉伸性能参数

[0130]

[0131] 注：横向为平行于基板方向，纵向为垂直于基板方向，σb、σs、δ分别表示抗拉强度、屈服强度、断后延伸率。

[0132] 表4 950℃/70MPa持久性能参数

[0133]

[0134]

[0135] 注：横向为平行于基板方向，纵向为垂直于基板方向，τ表示持久时间。

[0136] 表5 950℃/100h(εp＝1)蠕变性能参数

[0137]

[0138] 注：横向为平行于基板方向，纵向为垂直于基板方向，σ表示蠕变极限。

[0139] 本发明并不限于上述实施方案。对本发明的任何改进，对本发明产品各元素的等效替换及辅助成分的添加、制备方法的改变等，均在本发明保护范围和公开范围之内。