激光選區(qū)熔化Ni625合金工藝基礎(chǔ)研究.pdf

1、航空航天產(chǎn)品需要長壽命、高可靠性，又要滿足高強(qiáng)度和輕量化的需求，往往結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對金屬合金材料加工技術(shù)要求也很高。激光選區(qū)熔化（Selective laser melting，SLM）直接熔化成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件，制造速度快，產(chǎn)品開發(fā)周期小，適合航空航天領(lǐng)域中鎳基高溫合金的直接制造。本文以鎳基高溫合金——Ni625為研究材料，主要研究了：
　?。?）SLM成形Ni625工藝優(yōu)化，獲得最優(yōu)工藝窗口：激光功率P=150w、掃描速度V

2、=500mm/s、掃描間距D=0.07mm，激光線能量密度E=267.85 J/mm3，獲得制件相對致密度99.4％。擬合出激光能量密度和塊體致密度兩者之間數(shù)學(xué)關(guān)系，通過極差分析可知掃描速度對相對致密度的影響更大。
　　(2)SLM成形Ni625合金微裂紋特征、產(chǎn)生原因及抑制工藝。結(jié)果表明，SLM成形的Ni625合金易形成微裂紋，裂紋長度最大約100 um。在SLM過程中，快速凝固導(dǎo)致Nb、Mo元素產(chǎn)生局部偏析，形成（γ+Lave

3、s）共晶。同時由于高溫度梯度造成應(yīng)力，在脆性相Laves周圍形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致沿晶開裂。殘余應(yīng)力測試表明基板預(yù)熱有效降低殘余應(yīng)力，利于抑制裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展，隨著預(yù)熱溫度的升高，裂紋數(shù)量逐漸減少，300℃預(yù)熱時裂紋數(shù)量最少。
　　（3）SLM成形Ni625合金為微宏觀性能。SLM成形Ni625合金組織為細(xì)長柱狀晶，不同成形面表現(xiàn)出不同的微觀組織特征:豎直截面為柱狀組織，水平截面為胞狀組織，平均尺寸在0.5um左右。分析認(rèn)為，冷卻速度及

4、溫度梯度都比較大，結(jié)晶主干彼此平行沿著熱量散失的反方向生長，側(cè)向生長完全被抑制，最終形成了穿越層層邊界的柱狀晶。XRD相分析表明，SLM成形的Ni625合金由γ基體和脆性Laves相構(gòu)成。研究合金拉伸性能、各向異性等宏觀力學(xué)性能。拉伸性能體現(xiàn)出高強(qiáng)度低塑性的特點，室溫拉伸強(qiáng)度（936.34MPa）超過同質(zhì)退火態(tài)鍛件標(biāo)準(zhǔn)（827MPa），但是延伸率（7.22%），遠(yuǎn)低于鍛件標(biāo)準(zhǔn)（30%）。隨著預(yù)熱溫度的上升，拉伸力學(xué)性能有提高趨勢。預(yù)熱3

5、00℃性能均達(dá)到最好：拉伸強(qiáng)度相對常溫時提高近21.2%，延伸率提高近33.6%。結(jié)果證明，基板預(yù)熱是提高力學(xué)性能的有效途徑。另外研究力學(xué)各向異性問題，拉伸強(qiáng)度沿水平方向高于沿豎直方向約5.2%，延伸率高約4.3%。分析認(rèn)為，層間邊界是SLM沉積過程中的性能弱區(qū)，容易產(chǎn)生裂紋，裂紋沿層層邊界進(jìn)行擴(kuò)展，這是導(dǎo)致沿豎直方向拉伸樣力學(xué)性能較差的主要原因。
　　綜上所述，本研究以Ni625合金為成形材料，優(yōu)化成形工藝參數(shù)、分析宏微觀性能，