激光增材技术制备LEN98M合金及其微观组织和力学性能

摘要

镍基单晶高温合金是制造先进航空发动机和燃气轮机涡轮叶片的关键材料。然而目前传统的定向凝固方法制备高温合金微观组织控制不好、成材率较低，导致生产成本极高，阻碍了高温合金的进一步应用。本研究将现今兴起的3D打印技术与高温合金部件的制备结合在一起，希望通过该工艺降低传统凝固方法的制造成本，改善组织结构。实验利用激光增材技术制备了LEN98M高温合金，作为对比还利用定向凝固技术制备了相同成分的DZ98M合金。采用扫描电镜(SEM)、金相电镜(OM)、电子探针(EPMA)、能谱分析(EDS)、、差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)等方法对这两组合金的凝固特征温度、析出相、元素偏析、组织、力学性能等方面进行了较细致的研究，主要研究结果如下: (1)快的凝固速度使LEN98M合金的枝晶显著细化，λ1缩减至定向凝固合金的1/5，二次枝晶不发达。经过热处理后，LEN98M合金枝晶干与枝晶间的仍存在明显区别，而定向凝固合金基本无差别。 (2) DTA测量结果可知，LEN98M合金固相线不变，液相线温度略有降低，热处理窗口稍有减小（约10％）。另外1360℃左右出现MC（M经EDS探测应为Ti、Ta）型碳化物析出峰。 (3) LEN98M合金中含有大量孔洞，大量的γ/γ'网状共晶转变为γ'块状共晶。铸态的激光成形合金中无碳化物析出，但是经过热处理后该合金中析出碳化物的含量多于定向凝固合金。 (4)铸态LEN98M合金中元素偏析程度较大。热处理后，元素偏析现象明显改善。 (5) LEN98M合金中，γ'相形态规则度较差，特别是枝晶间的γ'相。热处理后，激光成形合金中枝晶干形态为边长0.30μm的规则立方体，枝晶间为边长0.43μm的不规则立方体。 (6)随着温度的升高(21℃～1000℃)，两组实验合金的断裂由脆性断裂向韧性断裂转变。600℃以上时定向凝固合金的强度先增大后减小，760℃、1000℃时分别达到最高和最低值;LEN98M合金的强度在600℃达到峰值，后续升温过程中降低。LEN98M合金的屈服强度小于DZ98M合金。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1高温合金的发展

1．1．1高温合金成分的发展

1．1．2高温合金定向凝固的发展

1．2激光增材技术的发展

1．2．1激光增材技术的简介

1．2．2激光增材技术的应用

1．2．3激光增材技术的优势

1．3激光增材技术的重要性

1．4本文研究的内容、目的和意义

第2章实验材料和方法

2．1实验主要设备及试样成形简介

2．2实验材料合金成分及组织观察试样的制备

2．3实验内容和实验方法

2．3．1热处理方法

2．3．2合金凝固特征温度及析出相形貌分析方法

2．3．3合金中析出相的含量及γ'尺寸的统计

2．3．4合金中元素的偏析实验方法

2．3．5力学性能的检测分析

第3章激光增材技术对合金凝固特性的影响

3．1引言

3．2实验结果

3．2．1激光增材技术可控制造高温合金部件

3．2．2激光增材技术对合金枝晶形态的影响结果及讨论

3．2．3激光增材技术对合金凝固特征温度的影响及讨论

3．2．4激光增材技术对合金凝固组织中碳化物的影响及讨论

3．2．5激光增材技术对合金组织中共晶的影响及讨论

3．2．6激光增材技术对合金中凝固缺陷的影响及讨论

3．3本章小结

第4章激光增材技术对合金元素偏析的影响

4．1引言

4．2激光增材技术对合金元素偏析实验结果的影响及讨论

4．3本章小结

第5章激光增材技术对γ'相微观组织的影响

5．1引言

5．2实验结果

5．2．1铸态合金γ'相微观组织形貌及尺寸实验结果的讨论

5．2．2热处理后合金的微观组织特征

5．3本章小结

第6章激光增材技术对合金力学性能的影响

6．1引言

6．2实验结果及讨论

6．2．1合金的拉伸力学性能曲线结果分析

6．2．2合金的拉伸断口形貌结果分析

6．2．3合金拉伸裂纹的结果分析

6．3本章小结

第7章主要结论

参考文献

致谢