激光熔化沉积定向快速凝固高温合金组织及性能.pdfVIP

第37卷 第l期 稀有金属材料与工程 Vbl．37．No．1 2008年 1月 RAREMETAL～附ERIAI．SANDENGINEERn叮G Januarv2008 激光熔化沉积定向快速凝固高温合金组织及性能 张亚玮，张述泉，王华明 (北京航空航天大学，北京100083) 摘 要：采用激光熔化沉积定向快速凝固工艺，制备出了具有快速定向生长微细柱晶组织的Rene95高温合金板状试样， 其一次枝晶间距约为7肛m、枝晶间完全无y／y’共晶组织析出。结果表明，激光熔化沉积定向快速凝固微细柱晶Rene95 高温合金具有优异的力学性能。 关键词：激光熔化沉积；定向快速凝固：高温合金；组织；力学性能 中图法分类号：TG665：TGll3文献标识码：A 文章编号：1002．185x(2008)01．0169．04 镍基高温合金的性能与其凝固组织密切相关，定 用该技术制备出了具有定向生长微细柱晶凝固组织的 向凝固柱晶高温合金由于消除了垂直于应力轴的横向 Rene95高温合金。 晶界，而具有优异的高温蠕变及持久性能，被广泛应 1 实验方法 用于先进航空发动机涡轮叶片等关键热端部件。但传 统高速及液态冷却定向凝固工艺的温度梯度小，凝固 激光熔化沉积定向快速凝固实验在8kW横流连 冷却速度低，定向凝固柱晶枝晶组织粗大、枝晶间疏 续cO：激光熔化沉积材料制各与快速成形设备上进行。 松及合金元素凝固偏析严重，初熔温度严重降低，热 激光熔化沉积在充高纯氨气的成形腔中进行，腔内气氛 处理窗口减小甚至完全丧失，导致合金力学性能和使 氧含量小于70 pL／L。利用聚焦高能激光束对同步输送 用温度严重降低，致使定向凝固柱晶镍基合金优异的 的高温合金粉进行逐层熔化沉积(如图l所示)。通过激 性能潜力难以充分发挥。提高定向凝固过程的温度梯 光熔池的超高温度梯度和无界面的热传导快速凝固冷 度及冷却速度是细化定向凝固柱晶合金组织、降低合 却，实现熔池金属的外延生长定向快速凝固，制备出具 金元素偏析、提高其热处理工艺性能及高温力学性能 有微细柱晶的定向快速凝固组织。实验材料选用粉末冶 最有效的方法之一。 金涡轮盘用Rene95高温合金真空超声氩气雾化粉，其 激光表面熔化快速凝固技术是实现金属材料快速 0．15，Cr14，Co8， 化学成分(质量分数，％下同)为C 凝固的基本方法之一。激光表面在重熔过程中，熔池 Mo3．5，W3．5，Nb3．5，A13．5，Ti2．5，B0．01，Zr0．05， 的超高温度梯度和无界面热传导快速凝固冷却使其成 Ni其余。基材采用热轧多晶普通钢板，实验面经过砂 为迄今为止冷却速度最快的快速凝固方法。激光熔化 轮打磨去除氧化皮，然后涂敷一层能够增加对激光的吸 沉积成形(LaserMeltingDepositionManufactIlring)技收率的涂层。为保证实现尽可能快的凝固冷却速度和尽 术，利用快速原型制造技术在无需任何模具和工装条 可能高的温度梯度，实验中选用了高的激光束功率密度 件下快速成形任意形状零件为基本原理，金属零件 和高的激光束扫描速度。但在高扫描速度下，要保证金 cAD实体模型离散切片数据在计算机数控系统驱动 属粉能被充分熔化并保证不至在凝固前沿产生异质形 下，通过金属材料的激光熔化一快速凝固逐层沉积， 核而影响晶体逐层外延生长，必须