选区激光熔化SRR99高温合金的定向凝固组织及偏析

发布时间：2020-02-24 10:33

【摘要】：采用选区激光熔化(SLM)成形方法,对SRR99镍基高温合金进行了定向凝固实验,测试了试样的显微组织、相组成及元素偏析情况。结果表明,沉积层与铸态基板间能形成良好的冶金结合,沉积试样组织由γ相和γ′相组成,沉积层与铸态基板组织在衍射角为50.78°时均有一个最强衍射峰,基板的生长取向在SLM沉积组织中得到了很好的延续,且试样的一次枝晶间距仅为1~2μm,二次臂退化甚至消失。各合金元素的偏析比均接近1,元素在枝晶间和枝晶干的分布较均匀。
【图文】：

左右的干燥箱中烘干。选用与粉末成分相同的定向凝固铸造ＳＲＲ９９镍基单晶为基板，利用镍基单晶的外延生长特性，在其（００１）晶面进行ＳＬＭ成形实验。为提高基板对激光的吸收率，实验前需用丙酮清洗基板。表１ＳＲＲ９９粉末的化学成分（质量分数，％）Ｔａｂｌｅ１ＣｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆＳＲＲ９９ｐｏｗｄｅｒ（ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ，％）ＥｌｅｍｅｎｔＡｌＴｉＣｒＣｏＴａＷＣＮｉＣｏｎｔｅｎｔ５．５２．２８．５５．０２．８９．５０．０１５Ｂａｌ．图１ＳＲＲ９９粉末的ＳＥＭ图Ｆｉｇ．１ＳＥＭｉｍａｇｅｏｆＳＲＲ９９ｐｏｗｄｅｒ２．２实验设备ＳＬＭ实验设备主要包括激光器、数控系统、铺粉系统、气氛控制系统等，配置２００Ｗ光纤激光器，光斑直径为１００μｍ，波长为１０７０ｎｍ，成形腔中充满高纯度氩气作为保护气体，水、氧质量分数均在１０－５以下。２．３工艺参数在前期大量实验的基础上，选取了优化的工艺参数，设置激光功率Ｐ为１８０Ｗ，扫描速度Ｖｂ为２５ｍ·ｍｉｎ－１，层厚ｔ为２０μｍ，扫描间距ｄ为１１０μｍ。采用图２所示的层间正交扫描策略，成形试样尺寸为６ｍｍ×４ｍｍ×６ｍｍ。２．４测试ＳＬＭ成形后，用线切割方法将块状试样从基板上切取下来，分别制作基板和ＳＬＭ沉积试样的横、纵截１０１４０９－２

５４，１０１４０９（２０１７）激光与光电子学进展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ图２扫描策略示意图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｓｃａｎｎｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙ面金相试样。使用光学显微镜（ＯＭ）和ＳＥＭ观察试样显微组织，利用Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）进行物相分析。采用三角形法测算组织的一次枝晶间距λ１。通过ＳＥＭ附带的能谱仪进行线扫描和点扫描，，分析合金的枝晶偏析情况并计算元素的偏析比。３结果与分析３．１柱状晶－等轴晶转变在ＳＬＭ成形镍基单晶高温合金过程中，通常可以形成强制性定向凝固的枝晶组织。但由于从激光熔池底部到顶部的温度梯度逐渐降低，成形方向由底部垂直于扫描方向逐渐转变为顶部的接近甚至平行于扫描方向，凝固速度也从零开始逐渐增大，因此熔池顶部组织容易出现柱状晶向等轴晶的转变（ＣＥＴ）。Ｇ錬ｕｍａｎｎ等［９］提出了一个考虑快速凝固非平衡效应的ＣＥＴ模型，建立了局部凝固条件与显微组织的关系，即ＧｎＶｓ＝Ｋ，（１）式中Ｇ为温度梯度；Ｖｓ为凝固速率；Ｋ＝ａ·３－４πＮ０／３ｌｎ（１－鐖ＣＥＴi幔

本文编号：2582408