鎳基高溫合金Inconel 718具有強(qiáng)度高、抗氧化、防輻射以及可焊性好和組織穩(wěn)定性等諸多優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)，核反應(yīng)堆和其它高溫領(lǐng)域中。同時(shí)，由于其自身加工自硬化嚴(yán)重，因此利用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法容易引起刀具磨損嚴(yán)重，材料耐熱性和表面完整性差等。
激光加工過程中的快速加熱和快速凝固特征使得所制造出來的金屬零件具有定向生長(zhǎng)的微觀組織和優(yōu)良的性能，在航天器件、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片及武器零件的制備上具有廣闊的應(yīng)用前景；采用同軸送粉，可以在零件的不同部位根據(jù)性能要求沉積不同組分的成形材料，從而實(shí)現(xiàn)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、重量、強(qiáng)度以及材料使用的最優(yōu)化；同時(shí)也可以用激光金屬沉積成形技術(shù)來制備功能梯度材料等復(fù)合材料，它們?cè)陔娮?、航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，西北工業(yè)大學(xué)郭偉國(guó)（通訊作者）等人在期刊Mater． Sci． Eng． A上發(fā)表了最新研究的且題目為“Influence of Process Parameters and Heat Treatments on the Microstructures and Dynamic Mechanical Behaviors of Inconel 718 Superalloy Manufactured by Laser metal Deposition”的文章。為了利用激光金屬沉積（LMD）技術(shù)制備用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能鎳基高溫合金，通過LMD技術(shù)采用三組不同工藝參數(shù)制備Inconel 718合金，并通過兩種不同熱處理制度對(duì)其進(jìn)行熱處理。然后通過寬應(yīng)變率和溫度范圍的壓縮試驗(yàn)評(píng)估工藝參數(shù)和熱處理對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響，并使用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察樣品的初始微觀結(jié)構(gòu)和破壞特征。
圖1． 激光金屬沉積工藝示意圖
圖2． 不同試樣顯微組織
（a）沉積試樣1顯微組織
（b）沉積試樣2顯微組織
（c）沉積試樣3顯微組織
（d）試樣中初始缺陷的顯微組織
圖3． （a）直接時(shí)效處理和（b）標(biāo)準(zhǔn)熱處理后試樣顯微組織
圖4． 不同應(yīng)變率下流動(dòng)應(yīng)力隨溫度的變化規(guī)律
圖5． 激光沉積Inconel 718在（a）X方向和（b）Z方向壓縮后的剖面圖和斷裂行為
圖6． 激光沉積Inconel 718在Z方向上動(dòng)態(tài)壓縮后的斷裂行為
圖7． 應(yīng)變率為5300／s，溫度為298K時(shí) 激光沉積Inconel 718合金在Z方向壓縮后的斷口形貌
（a）和（b）沉積態(tài)Inconel 718合金的斷口形貌
（c）和（d）直接時(shí)效態(tài)Inconel 718合金的斷口形貌
（e）和（f）標(biāo)準(zhǔn)熱處理態(tài)Inconal 718合金的斷口形貌
【小結(jié)】
本文通過激光金屬沉積（LMD）技術(shù)采用不同的工藝參數(shù)和熱處理制度，制備應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的鎳基高溫合金Inconel 718。通過對(duì)各組激光沉積Inconel 718試樣進(jìn)行不同應(yīng)變率（0．001 － 5300 ／ s）和溫度（273－1193K）下的壓縮實(shí)驗(yàn)，以評(píng)估工藝參數(shù)和熱處理方法對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響。同時(shí)利用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察試樣的初始微觀結(jié)構(gòu)和破壞特征。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在激光增材制造過程中，較高的能量輸入密度導(dǎo)致一次枝晶間距變寬。隨著一次枝晶間距的增加，合金的塑性流動(dòng)應(yīng)力近似線性下降。激光沉積Inconel 718合金的塑性流動(dòng)應(yīng)力隨著溫度的升高出現(xiàn)了反常應(yīng)力峰現(xiàn)象，這是第三型應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象的典型特征。
最后，通過觀察壓縮破壞特性，發(fā)現(xiàn)裂紋的傳播路徑依賴于壓縮加載方向。壓縮斷口形貌可以反映熱處理對(duì)試樣塑性的影響。此外，在激光沉積過程中產(chǎn)生的初始缺陷（氣孔和縮松孔隙等）可能導(dǎo)致動(dòng)態(tài)裂紋的萌生，偏轉(zhuǎn)和分支。
會(huì)員中心
