选区激光熔化成形TiN/Inconel 718复合材料的组织和力学性能

采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)工艺制备了TiN/Inconel 718(IN718)复合材料,利用OM、SEM、EDS、EBSD以及XRD等手段研究了SLM成形态和不同热处理条件下TiN/IN718复合材料的微观组织和力学性能.结果表明:SLM成形态TiN/IN718复合材料中TiN颗粒与基体之间紧密结合,并形成了约为0.3μm厚的过渡层,与IN718合金相比,TiN/IN718复合材料的显微硬度和拉伸强度均有明显改善(分别提高39 HV0.2和74 MPa).双时效(DA)和固溶时效(SA)热处理的TiN/IN718复合材料中,强化相的析出和TiN颗粒的存在导致裂纹萌生源增多,从而造成强度没有得到明显提升.均匀化+固溶时效(HSA)热处理后材料发生了完全再结晶,晶粒内部析出了超细球状的γ'/γ'强化相,晶界处和晶粒内部TiN颗粒周围的针状δ相含量增加.因此,经过HSA处理后材料的抗拉强度有显著提升,达到1430 MPa(提高了410 MPa).     

热等静压处理对选区激光熔化成形Inconel 718合金各向组织及力学性能的影响

目的 研究热等静压处理对选区激光熔化（SLM）成形不同沉积方向Inconel 718合金试样显微组织和力学性能的影响规律,提升Inconel718合金的综合力学性能。方法 采用SLM技术制备平行沉积方向和垂直沉积方向的Inconel 718合金试样,并对试样进行热等静压（HIP）处理和热等静压+固溶时效（HIP+HT）处理。利用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）和电子背散射衍射（EBSD）,对合金的显微组织、断口形貌、物相组成、晶粒形貌及取向进行分析。对试样进行显微硬度和拉伸强度性能测试,对比分析不同沉积方向SLM、HIP及HIP+HT试样的显微硬度、拉伸强度、屈服强度以及断口延伸率。结果 SLM成形的Inconel718合金经热等静处理后,平行方向的晶粒形态由柱状晶转变为等轴晶,晶粒尺寸增大,并伴随有孪晶形成。晶界处的Laves相基本溶解,同时有许多MC碳化物在γ基体中析出。不同处理状态下平行方向试样的拉伸强度、屈服强度和硬度值均小于垂直方向。平行和垂直方向SLM成形件的拉伸强度σb分别为996.3MPa和1051.1MPa...     

IN718/FGH96惯性摩擦焊接头焊缝区微观组织状态与织构分布特征

采用SEM、EBSD等技术表征手段分析IN718+FGH96异质合金惯性摩擦焊接头焊缝区在焊态下的微观组织形貌及织构分布状态.结果表明,原始母材中的γ′、γ″及δ强化相消失,焊缝区转变为单一等轴γ相晶粒,IN718和FGH96侧焊缝区晶粒尺寸分别约为10μm和15μm.焊缝区再结晶晶体取向相对杂乱,致使晶体织构强度较弱...     

内燃机用IN718镍基合金热变形动态组织性能分析

对锻态IN718镍合金在不同工艺参数下进行了热压缩实验。采用OM、SEM和TEM分析方法,研究了不同热变形条件下IN718合金组织的结构变化规律。研究结果表明:IN718合金的流变应力随着应变的增大而增大,是典型的有动态再结晶塑性流变过程。在各个热变形工艺条件下,合金表现出显著的峰值现象,当温度上升或者应变速率变小后都会引起峰值应力的下降。合金在1050℃下生成了许多细小的再结晶晶粒,当热处理温度上升后,合金的平均晶粒尺寸更大。当应变速率增大后,合金晶粒尺寸不断减小。1080℃下以0. 001 s~(-1)应变速率使试样发生塑性变形时,晶粒中的细小γ'相可以对位错运动起到明显的抑制作用。     

IN718合金近等温锻造研究

对IN718合金进行近等温锻造实验.结果表明:近等温锻造IN718合金微观组织和拉伸性能对温度场敏感,对变形量和应变速率不敏感,有利于IN718合金近等温加工成形.当成形温度较低时(980℃),晶粒细小,间隙相以短棒状析出,分散程度高,塑性性能高,但是屈服强度低;当成形温度较高时(1060℃),晶粒粗大,仅在晶界处有间隙相以针状析出,塑性性能较低,但是屈服强度好转;在1020℃近等温锻造IN718合金,晶粒细小,短棒状问隙相在晶内析出、针状间隙相在晶界处析出,拉伸性能优越,针状间隙相对屈服强度贡献显著.     

FGH96/IN718惯性摩擦焊接头高温拉伸断裂特征

为了实现航空用FGH96和IN718异质高温合金高可靠连接，为航空发动机关键部件安全评价及寿命预测提供基础数据及理论支持，采用扫描电子显微镜、金相显微镜研究了FGH96和IN718异质高温合金惯性摩擦焊接头显微组织形貌、高温拉伸试样断口形貌和断裂位置.结果表明，焊接接头焊缝区FGH96和IN718均为等轴晶粒组织，晶粒尺寸约2μm，焊缝区γ’和δ强化相基本全部溶解，热力影响区FGH96侧晶内γ’基本全部溶解，IN718侧δ强化相发生部分溶解，短棒状形貌消失，组织为粗细晶共存组织.焊接接头650℃高温拉伸试样均断裂在焊缝区，但平均抗拉强度可达1 080.8 MPa，基本与IN718母材等强，高温拉伸试样起裂位置均处于试样边缘焊缝区，裂纹产生的原因主要是由于焊缝区γ’和δ强化相基本全部溶解，强化作用消失，性能降低.裂纹产生后沿晶界由焊缝熔合线向试样内部扩展，当裂纹从试样边缘焊缝区四周同时向试样内部扩展时，在轴向拉力作用下形成“平台+凹坑”状断口特征，当裂纹从试样边缘焊缝区局部位置开始向试样内部扩展时，在轴向拉力作用下形成“平台+剪切”状断口特征.     

选区激光熔化制备AlCoCrFeNi高熵合金的成形性能

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了AlCoCrFeNi高熵合金,研究了激光工艺参数对成形性、致密度、微观组织以及力学性能的影响。结果表明,随体能量密度的增加,致密度逐渐增加,最佳的SLM参数为激光功率50 W,扫描速度300 mm/s,扫描间距70 μm,层厚30 μm。铸态和SLM态合金是由无序BCC相(A2)和有序BCC相(B2)组成的双相体心立方结构,由于细晶强化作用,选区激光熔化试样具有比铸态试样更高的显微硬度,但是压缩屈服强度降低,原因是选区激光熔化合金中存在裂纹、孔洞等缺陷。     

添加钇对 Pt-5Cu 合金组织结构和性能的影响

采用真空电弧熔炼方法制备了Pt-5Cu、Pt-4.9Cu-0.10Y和Pt-0.48Cu-0.20Y合金。利用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜、显微硬度仪及分光光度计等研究了Pt-Cu及Pt-Cu-Y合金的物相组成、显微组织结构、力学性能及反射率。结果表明,钇对Pt-Cu合金的相结构无明显影响,当钇的添加量为0.20%时,Pt-Cu合金的晶粒尺寸显著细化,晶粒的平均尺寸由约150 μm降至约80 μm;细晶强化使Pt-Cu合金的维氏硬度显著增加到165;在可见光波段内,Pt-Cu及Pt-Cu-Y合金的反射率无明显差别。     

激光熔化沉积WC复合Inconel 718合金微观组织及磨损性能

目的 解决Inconel 718合金在工程应用中存在的磨损失效等问题,探究碳化钨(Tungsten Carbide,WC)对Inconel 718合金磨损性能的增强机理。方法 通过激光熔化沉积技术制备Inconel 718及WC/Inconel 718涂层,通过扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM) 和X射线衍射(X–ray diffraction,XRD)等测试手段对Inconel 718合金和WC/Inconel 718复合材料的微观组织和物相组成进行观测,探讨其微观组织演变机理;通过硬度测试和摩擦磨损测试对WC复合Inconel 718合金的硬度、摩擦磨损性能及WC复合强化机理进行研究。结果 涂层的微观组织主要由柱状晶、胞状晶和少量等轴晶组成,加入WC后复合材料的晶粒组织比Inconel 718合金的晶粒组织略微细化;Inconel 718合金主要由γ–(Ni, Fe)、γ′–Ni3(Al, Ti)和Fe3Ni2等物相组成,WC/Inconel 718主要由γ–(Ni, Fe)、γ′–Ni3(Al, Ti)、AlCoCrW、CrNi15W和Cr–Ni–Fe–C等物相组成;WC的加入使Inconel 718合金的硬度略有提升,磨损率降至未添加WC时的65.3%,磨损机制以黏着磨损和磨粒磨损为主。结论 WC颗粒在Inconel 718基体中起到了强化硬质颗粒的作用,部分WC颗粒的熔化提高了合金基体的硬度,且生成的高硬度金属化合物与未熔解的球形WC颗粒在Inconel 718合金基体中起到了阻碍晶粒边界运动的钉扎效果,对提升Inconel 718合金的磨损性能有很大帮助。     

激光熔覆镍基高温耐磨合金的组织及性能

通过增加IN718合金中(Ti+Al)含量制备一种镍基高温耐磨合金,以满足超临界机组镍基合金阀门密封面再制造的需求。采用万能试验机、摩擦磨损试验机、XRD、SEM等仪器和JMatpro软件研究该合金激光熔覆试样的组织与性能。研究结果如下：当IN718合金的(Ti+Al)含量增加至7.6%时熔覆层会出现开裂;当IN718合金的(Ti+Al)含量增加至6.6%时,其激光熔覆试样初始平均硬度值为40 HRC,抗拉强度为998 MPa,延伸率为5.2%,室温摩擦因素为0.75左右,磨损量为0.327 5 mm³,主相为γ相和γ′相,700℃×10 h时效处理后平均硬度值为54 HRC,700℃摩擦因素为0.35左右,磨损量为0.024 mm³,主相γ′占53%。研究结果表明,IN718合金中(Ti+Al)含量增加至6.6%时具有良好的激光熔覆工艺性能和高温摩擦磨损性能,可应用于超临界/超超临界机组镍基合金阀门密封面的维修与再制造。     

选区激光熔化增材制造In718合金的激光焊接性能

采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和力学性能试验等研究了选区激光熔化(SLM)In718合金的激光焊接接头的组织和性能。结果表明:SLM In718合金的激光焊接接头的宏观质量较好,没有发现冶金缺陷的存在。未热处理时,In718合金的SLM构件的组织主要由奥氏体柱状晶及奥氏体柱状晶之间的共晶组织构成,柱状晶的平均尺寸约为5μm×2μm;激光焊接SLM构件的焊缝组织主要由奥氏体柱状晶及奥氏体柱状晶之间的共晶组织构成,柱状晶的平均尺寸约为25μm×5μm;焊缝区显微硬度均值约282 HV,是SLM母材均值335 HV的84.2%;不同厚度焊接试样的抗拉强度为970~983 MPa(均达到SLM母材95%以上),伸长率为20.2%~22.6%(为SLM母材65%以上);固溶+时效处理后,焊接试样抗拉强度均值为1412 MPa(约为SLM母材的98.9%),伸长率均值为13.5%(约为SLM母材的93.7%),与未热处理相比,SLM母材和焊缝显微硬度值分别提高了55.2%和77.3%。     

热处理对选择性激光熔炼IN718显微组织和力学性能的影响

选择性激光熔炼(SLM)建立在激光熔覆/沉积基础上,能够由粉末直接制备或修复近成形高性能部件。选择性激光熔炼部件优异的力学性能是保证其用于航空发动机产品的先决条件。镍基高温合金IN718广泛用于制备航空发动机中的高性能部件。在过去的研究中,利用预合金化IN718合金粉末,通过选择性激光熔炼制备出增材制造部件。通过优化激光沉积过程试验参数,以最大限度地降低气孔率。对沉积态、直接时效态、固溶时效态、均匀化后固溶时效态四种状态激光沉积IN718合金的显微组织和力学性能进行了对比分析。拉伸试验结果显示,直接时效态合金强度最高,均匀化后固溶时效态合金塑性最好。综合考虑三种热处理状态的室温和高温拉伸试验结果,均匀化后固溶时效态试样不仅具有优于锻态AMS标准的强度,而且有很好的塑性。因此,选择均匀化后固溶时效处理作为选择性激光熔炼IN718合金的热处理方式。考察了该种热处理状态合金的650_oC/700MPa和725MPa持久性能和455_oC低周疲劳性能,并与锻态IN718进行了对比。     

Effects of Thermally Assisted Warm Laser Shock Processing on the Microstructure and Fatigue Property of IN718 Superalloy

The effects of laser shock processing (LSP) and warm laser shock processing (WLSP) on the microstructure of surface hardening layer and high-cycle fatigue performance at room temperature and high temperature (600 ℃) of IN718 alloy were investigated.It has been revealed that the grain refined hardening layer with greater residual compression stresses,higher fraction of coincidence site lattice (CSL) boundaries and dislocation densities was formed in WLSP-treated alloy than in LSP-treated alloys.Moreover,microtwins included γ" phase/high density dislocation complex was found in the surface of WLSP-treated alloy.These characters caused the significant enhancement of the medium value fatigue strength of WLSP-treated alloy at room temperature and elevated temperature.Apparently,the microtwins included y" phase/high density dislocation complex formed in the surface hardening layer of LSP-treated alloy has more complicated steric structure and more stable at elevated temperature than γ" phase/low density dislocation complex formed in LSP-treated alloy,leading to the slow recovery process.Therefore,the surface hardening layer in the WLSP-treated alloy remained more ideal strengthen-ing effect under high-cycle fatigue at elevated temperature than that in LSP-treated alloy.This resulted in the much longer fatigue crack initiation incubation and longer high-cycle life of WLSP-treated IN718 alloy under cycling load at 600 ℃.This discovery provides a new cognition of fatigue resistance by WLSP treatment of precipitation strengthening superalloy.     

热处理对激光选区熔化制备Inconel 718合金组织和拉伸性能的影响

采用激光选区熔化工艺(SLM)制备了Inconel 718合金,并对合金分别进行了1050 ℃×1 h固溶和1050 ℃×1 h固溶+720 ℃×8 h+620 ℃×8 h双级时效热处理。结合微观组织、拉伸性能和断裂特征分析,研究了热处理工艺对SLM制备的Inconel 718合金组织和力学性能的影响。结果表明:固溶处理后合金内Laves相溶解,位错密度显著降低,材料的强塑性匹配较打印态得到良好的改善。经过时效热处理后,γ′和γ″强化相析出使合金强度大幅度提高的同时,保留了一定的塑性。     

HIP温度对SLM制备TC4钛合金组织和力学性能的影响

以激光选区熔化技术(SLM)成型TC4钛合金为研究对象,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子万能试验机等测试分析方法,研究了热等静压处理温度对TC4钛合金材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,SLM态TC4钛合金横截面微观组织由等轴状初生β晶粒组成,纵截面微观组织由呈外延生长的柱状初生β晶粒组成。晶粒内部以不同取向的针状α'马氏体相为主,纳米点状β相在初生马氏体间形核生长。在α+β两相区温度进行热等静压处理,TC4钛合金的组织由α相和β相组成。随着热等静压处理温度的升高,板条状α相粗化成短棒状,β相含量增加且发生一定粗化。随着热等静压处理温度的升高,材料的抗拉强度和屈服强度呈现降低的趋势,断面收缩率也呈下降趋势。热等静压处理工艺为910 ℃-110 MPa-2 h的TC4钛合金可获得最优的强韧性匹配。     

选区激光熔化成形12CrNi2合金钢的显微组织和力学性能

利用选区激光熔化(SLM)技术制备了12CrNi2合金钢. 借助金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度仪、室温拉伸试验等方法研究了激光能量密度对合金钢显微组织和力学性能的影响. 结果表明,成形合金钢的宏观组织可分为熔池区与热影响区两部分,微观组织为回火马氏体和少量残余奥氏体. 随激光能量密度(E_V)增加,成形合金钢的孔洞缺陷逐渐减少,致密度逐渐增加,最高可达到99.87%;同时,熔池体积增大,寿命增加,冷却速度降低,导致回火马氏体板条宽化,热影响区变宽,合金钢的显微硬度和强度降低,塑性增加. 在E_V为81.34 J/mm3条件下,SLM成形12CrNi2合金钢具有最优强塑性,抗拉强度和屈服强度分别为1098和882 MPa,断后伸长率为20.07%. 采用SLM技术成形12CrNi2合金钢可获得比激光熔化沉积(LMD)和铸造成形更佳的综合力学性能.     

Phase constitution,microstructure and mechanical properties of a Ni-based superalloy specially designed for additive manufacturing

In this study, a kind of Ni-based superalloy specially designed for additive manufacturing (AM) was investigated. Thermo-Calc simulation and differential scanning calorimetry (DSC) analysis were used to determine phases and their transformation temperature. Experimental specimens were prepared by laser metal deposition (LMD) and traditional casting method. Microstructure, phase constitution and mechanical properties of the alloy were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission scanning electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and tensile tests. The results show that this alloy contains two basic phases, γ/γ', in addition to these phases, at least two secondary phases may be present, such as MC carbides and Laves phases. Furthermore, the as-deposited alloy has finer dendrite, its mean primary dendrite arm space (PDAS) is about 30-45 μm, and the average size of γ' particles is 100-150 nm. However, the dendrite size of the as-cast alloy is much larger and its PDAS is 300-500 μm with secondary and even third dendrite arms. Correspondingly, the alloy displays different tensile behavior with different processing methods, and the as-deposited specimen shows better ultimate tensile stress (1,085.7±51.7 MPa), yield stress (697±19.5 MPa) and elongation (25.8%±2.2%) than that of the as-cast specimen. The differences in mechanical properties of the alloy are due to the different morphology and size of dendrites, γ', and Laves phase, and the segregation of elements, etc. Such important information would be helpful for alloy application as well as new alloy development.     

热处理对3D打印制备GH4169合金组织与性能的影响

通过选区激光熔化(SLM)技术三维打印(3D priting)制备了GH4169合金板状试样,并对其进行了热处理。采用三维原子探针技术(3DAP)以及附带原位拉伸功能的扫描电镜(SEM)对热处理前后试样的显微组织及力学性能进行了检测。结果表明,打印态GH4169合金中熔池和晶粒内部均为凝固枝晶组织,合金元素分布均匀。经过热处理后,基体中形成了大量细小γ″相和γ′相;拉伸试验结果显示,3D打印GH4169合金热处理后具有更优的力学性能,这归因于枝晶组织的消失、有害δ相的减少以及大量纳米级γ″相和γ′相在基体中的析出。     

固溶处理对Ni48Cr21Cu2Mo合金组织与力学性能的影响

采用材料分析模拟软件(JMatPro)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)等研究了Ni48Cr21Cu2Mo合金棒材随不同制度固溶处理后组织性能的演化规律。平衡相图计算结果显示,温度超过990 ℃时,合金基体组织基本已为γ相,在870~1008 ℃存在Laves相,870 ℃以下析出δ、γ′和σ相。合金显微组织研究结果显示,随着固溶温度的升高,晶粒尺寸不断长大、颗粒相逐步回溶,经1010 ℃固溶处理后的显微组织最均匀且其中颗粒相已基本回溶。时效后,合金中析出γ′相和γ″相,晶界出现粒状δ、σ复合相。经1010 ℃×1 h固溶并在718 ℃×8 h+622 ℃×8 h时效处理后的Ni48Cr21Cu2Mo合金具有优良的综合力学性能。     

Oxide films in laser additive manufactured Inconel 718

A continuous-wave 5 kW fiber laser welding system was used in conduction mode to deposit Inconel® alloy 718 (IN718) by employing filler wire on as-serviced IN718 parent material (PM) substrates. The direct laser deposited (DLD) coupons and as-serviced IN718 PM were then evaluated through tensile testing. To understand the failure mechanisms, the tensile fracture surfaces of the as-serviced IN718 PM, DLD and DLD-PM samples were analyzed using scanning electron microscopy. The fracture surfaces revealed the presence of both Al₂O₃ and Cr₂O₃ films, although the latter was reasoned to be the main oxide in IN718. Both the experimental observations and thermodynamic analysis indicated that oxidation of some alloying elements in IN718 cannot be completely avoided during manufacturing, whether in the liquid state under vacuum (for casting, the electron beam melting, welding and/or deposition) or with inert gas protection (for welding or laser deposition). The exposed surface of the oxide film on the fracture surface has poor wetting with the metal and thus can constitute a lack of bonding or a crack with either the metal and/or another non-wetted side of the oxide film. On the other hand, the wetted face of the oxide film has good atom-to-atom contact with the metal and may nucleate some intermetallic compounds, such as Laves, Ni₃Nb-δ, Nb-rich MC and γ′ compounds. The potential of their nucleation on Cr₂O₃ was assessed using planar disregistry. Coherent planes were found between these intermetallics and Cr₂O₃.