热等静压/热处理工艺对激光选区熔化成形GH4169合金微观组织与拉伸性能的影响
发布时间：2021-11-28 18:31
采用激光选区熔化（SLM）成形技术制备GH4169合金,利用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和透射电镜（TEM）等分析热等静压/热处理工艺对SLM成形GH4169合金微观组织及拉伸性能的影响规律。结果表明:沉积态合金组织中,沿沉积方向的晶粒为柱状晶,晶粒内枝晶组织细小,枝晶间分布大量Laves相;经热等静压后,合金中的气孔及Laves相可被有效消除,沿沉积方向的晶粒转变为等轴晶;经980℃/1 h固溶处理后,合金中的晶界处析出大量短棒状δ相。热等静压/热处理后GH4169合金试样的室温及650℃拉伸性能均高于锻件标准要求的力学性能指标,且温度对断裂方式影响不大。
【文章来源】：材料工程. 2020,48(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
扫描路径示意图(a)及拉伸试样示意图(b)
采用SEM对经过机械抛光和腐蚀后的样品表面进行高倍组织观察。在沉积态组织中,枝晶表现为外延生长(图4(a)),枝晶间距小,约0.5 μm;枝晶间存在大量细小链状相,如图4(b)所示。一次枝晶间距与熔池温度梯度和凝固速率的乘积成反比[13],激光选区熔化成形过程中,熔池温度梯度高,凝固速率高(约105～106 ℃/s)[14],故SLM成形沉积态组织中枝晶间距细小。对枝晶间细小析出相进行TEM表征,电子衍射图谱表明这些相为Laves相。在凝固过程中,液相中的Nb会发生强烈偏析,促使富Nb的Laves相在枝晶间处大量析出[15]。由前文可知,Laves相硬且脆。试样在服役过程中易在Laves相周围存在应力集中,导致试样力学性能下降[6-7]。因此,需要对试样进行后续的热处理,尽可能地减少Laves相。值得注意的是,图4(c)的TEM照片中发现有大量位错存在,表明沉积态试样内部具有较大的残余应力。2.2 热等静压/热处理组织
沿沉积方向截取样品截面机械抛光后,观察沉积态试样内部缺陷,如图2所示,试样组织中存在孔洞,尺寸在10～35 μm之间,未观察到熔合不良、微裂纹等缺陷;通过观察视野中孔洞面积分数表征孔洞含量,孔洞缺陷体积分数约为(0.06±0.04)%,表明该SLM成形工艺参数下,沉积态组织的致密度在99%以上,接近GH4169锻件组织水平。成形过程中形成的孔洞可由多种因素造成,如粉末中存在空心粉,成形过程中可在熔池中引入气孔[11];又如粉末粒度一般呈高斯分布,含有一定比例的细颗粒粉末,铺粉过程中粉床局部位置可能被细颗粒粉末堆积,而细颗粒熔化所吸收的能量与粗颗粒相比较小,在高能量密度的激光束熔化细颗粒粉末聚集区位置,细颗粒可能发生汽化,给熔池带来反冲压力,这种压力会使熔池光斑处产生凹陷,并产生小孔[12]。在马朗格尼对流及浮力作用下,熔池中气孔非线性上升,若在熔池凝固前未到达熔体表面,则在试样内部形成孔洞[12]。图3(a),(b)分别为沉积态试样平行于沉积方向(YOZ)截面及垂直于沉积方向(XOY)截面的金相组织形貌。从YOZ截面可观察到显著的层状成形特征,每层为连续半椭圆形的熔池结构,层与层之间熔池交叉排列;从XOY截面可看出非连续状扫描熔道,熔道之间的交叉角度为67°。采用EBSD对沉积态不同截面的晶粒组织进行分析,如图3(c),(d)所示,可以看出YOZ截面为形状不规则的柱状晶,晶粒与沉积方向之间的夹角随机,晶粒的长度约为19.7 μm;XOY截面晶粒主要为等轴晶,晶粒大小均匀,平均晶粒尺寸为10.9 μm。本研究中沉积态试样在沿沉积方向及垂直于沉积方向上,晶粒的形貌及取向存在差别,这与文献报道一致[3-4]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光修复GH4169高温合金的持久断裂机制研究[J]. 明宪良,陈静,谭华,杨海欧,林鑫. 中国激光. 2015(04)
[2]INCONEL 718（GH4169）高温合金的发展与工艺[J]. 齐欢. 材料工程. 2012(08)
[3]IN718高温合金热腐蚀行为及其对力学性能的影响[J]. 娄学明,孙文儒,郭守仁,胡壮麒. 稀有金属材料与工程. 2008(02)
[4]GH4169合金热加工过程中的显微组织演化数学模型[J]. 刘东,罗子健. 中国有色金属学报. 2003(05)
[5]GH169合金的相变研究[J]. 凌斌,钟炳文,杨玉荣,梁学锋,沈飚. 航空材料学报. 1994(04)
[6]铸造高温合金的热等静压致密化机理[J]. 张善勇,隋玉俭. 钢铁研究总院学报. 1985(S1)
硕士论文
[1]热处理对3D打印Inconel 718合金组织和力学性能的影响研究[D]. 邓晓阳.南昌航空大学 2017
本文编号：3524933
【文章来源】：材料工程. 2020,48(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
扫描路径示意图(a)及拉伸试样示意图(b)
采用SEM对经过机械抛光和腐蚀后的样品表面进行高倍组织观察。在沉积态组织中,枝晶表现为外延生长(图4(a)),枝晶间距小,约0.5 μm;枝晶间存在大量细小链状相,如图4(b)所示。一次枝晶间距与熔池温度梯度和凝固速率的乘积成反比[13],激光选区熔化成形过程中,熔池温度梯度高,凝固速率高(约105～106 ℃/s)[14],故SLM成形沉积态组织中枝晶间距细小。对枝晶间细小析出相进行TEM表征,电子衍射图谱表明这些相为Laves相。在凝固过程中,液相中的Nb会发生强烈偏析,促使富Nb的Laves相在枝晶间处大量析出[15]。由前文可知,Laves相硬且脆。试样在服役过程中易在Laves相周围存在应力集中,导致试样力学性能下降[6-7]。因此,需要对试样进行后续的热处理,尽可能地减少Laves相。值得注意的是,图4(c)的TEM照片中发现有大量位错存在,表明沉积态试样内部具有较大的残余应力。2.2 热等静压/热处理组织
沿沉积方向截取样品截面机械抛光后,观察沉积态试样内部缺陷,如图2所示,试样组织中存在孔洞,尺寸在10～35 μm之间,未观察到熔合不良、微裂纹等缺陷;通过观察视野中孔洞面积分数表征孔洞含量,孔洞缺陷体积分数约为(0.06±0.04)%,表明该SLM成形工艺参数下,沉积态组织的致密度在99%以上,接近GH4169锻件组织水平。成形过程中形成的孔洞可由多种因素造成,如粉末中存在空心粉,成形过程中可在熔池中引入气孔[11];又如粉末粒度一般呈高斯分布,含有一定比例的细颗粒粉末,铺粉过程中粉床局部位置可能被细颗粒粉末堆积,而细颗粒熔化所吸收的能量与粗颗粒相比较小,在高能量密度的激光束熔化细颗粒粉末聚集区位置,细颗粒可能发生汽化,给熔池带来反冲压力,这种压力会使熔池光斑处产生凹陷,并产生小孔[12]。在马朗格尼对流及浮力作用下,熔池中气孔非线性上升,若在熔池凝固前未到达熔体表面,则在试样内部形成孔洞[12]。图3(a),(b)分别为沉积态试样平行于沉积方向(YOZ)截面及垂直于沉积方向(XOY)截面的金相组织形貌。从YOZ截面可观察到显著的层状成形特征,每层为连续半椭圆形的熔池结构,层与层之间熔池交叉排列;从XOY截面可看出非连续状扫描熔道,熔道之间的交叉角度为67°。采用EBSD对沉积态不同截面的晶粒组织进行分析,如图3(c),(d)所示,可以看出YOZ截面为形状不规则的柱状晶,晶粒与沉积方向之间的夹角随机,晶粒的长度约为19.7 μm;XOY截面晶粒主要为等轴晶,晶粒大小均匀,平均晶粒尺寸为10.9 μm。本研究中沉积态试样在沿沉积方向及垂直于沉积方向上,晶粒的形貌及取向存在差别,这与文献报道一致[3-4]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光修复GH4169高温合金的持久断裂机制研究[J]. 明宪良,陈静,谭华,杨海欧,林鑫. 中国激光. 2015(04)
[2]INCONEL 718（GH4169）高温合金的发展与工艺[J]. 齐欢. 材料工程. 2012(08)
[3]IN718高温合金热腐蚀行为及其对力学性能的影响[J]. 娄学明,孙文儒,郭守仁,胡壮麒. 稀有金属材料与工程. 2008(02)
[4]GH4169合金热加工过程中的显微组织演化数学模型[J]. 刘东,罗子健. 中国有色金属学报. 2003(05)
[5]GH169合金的相变研究[J]. 凌斌,钟炳文,杨玉荣,梁学锋,沈飚. 航空材料学报. 1994(04)
[6]铸造高温合金的热等静压致密化机理[J]. 张善勇,隋玉俭. 钢铁研究总院学报. 1985(S1)
硕士论文
[1]热处理对3D打印Inconel 718合金组织和力学性能的影响研究[D]. 邓晓阳.南昌航空大学 2017
本文编号：3524933
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