激光增材制造不同成分变化率316L/IN718功能梯度材料组织性能研究

摘要

随着核电装备等领域对零件材料性能的要求日益严格，成分随结构位置变化的功能梯度材料（Functionallygraded material,FGM）应用愈加广泛。基于激光增材制造技术可以实时调控沉积材料成分的优势，采用同轴送粉定向能量沉积（Directed energy deposition,DED）制备不同成分变化率的316L不锈钢和Inconel 718 （IN718）高温合金功能梯度材料，包括成分变化率10%，成分变化率20%和成分突变三种试样。采用金相分析、显微组织分析、能谱分析、显微硬度和拉伸试验对各功能梯度材料的组织和力学性能进行表征。结果表明：自下而上随着IN718含量的增加，Ni元素和Nb元素含量增加，显微硬度近线性提高；铁/镍含量的线性拟合表明，无论是渐变功能梯度材料还是突变功能梯度材料，显微硬度与IN718高温合金的含量呈正相关；突变功能梯度材料在界面处存在过渡区，使元素在层间充分扩散；材料性能差异大、成分变化过快和Laves相的存在是导致界面结合性能差，产生裂纹的重要因素；梯度成分为10%的功能梯度材料拉伸性能最好，平均极限拉伸强度最高为526 MPa。研究结果将有助于选择合适的梯度变化方式，了解激光增材制造功能梯度材料的成形机理。