激光增材修复K465高温合金裂纹控制研究

采用激光增材技术修复了损坏的K465镍基高温合金航空发动机涡轮叶片,研究了激光增材修复K465高温合金的裂纹特征,分析了开裂机理,并采取有效措施实现了裂纹控制。结果表明:激光增材修复K465合金的裂纹产生于热影响区,并沿晶界扩展到修复区中,为液化裂纹;热影响区晶界上的连续液膜来源于晶界上大尺寸γ′相的液化,且晶界液化过程中有γ-γ′共晶出现;利用Ansys软件进行应力场模拟的结果显示,基材及熔池之间存在较大热应力;通过同步预热基材,并采用优化的激光工艺参数,实现了K465高温合金单道多层结构的无裂纹激光增材修复。     

激光增材制造沉淀强化镍基高温合金热裂纹研究进展

针对沉淀强化镍基高温合金中的裂纹现象,对比了2类热裂纹（即凝固裂纹和液化裂纹）的典型特征、形成位置和条件。从枝晶生长、元素偏析、强化相析出、固态相变和残余应力应变等角度,系统综述了热裂纹的形成机理和热裂纹敏感性影响因素。在此基础上,从合金成分调控、工艺参数优化、基板预热以及热等静压处理等方面,概述了增材制造高温合金热裂纹调控和抑制的主要措施。最后,针对激光增材制造沉淀强化镍基高温合金热裂纹研究中存在的问题,提出了进一步研究和发展的建议,为实现无裂纹镍基高温合金的增材制造提供了参考。     

Formation Mechanisms of Hot Cracks in Laser Additive Repairing Single Crystal SuperalloysEI北大核心CSCD

以第二代单晶高温合金DD432为研究对象开展激光增材修复实验，利用实验与理论计算相结合的手段，分析和研究了单晶高温合金在激光增材修复过程中的热裂纹形成机制。结果表明，单晶修复区内热裂纹在大角度晶界处形成，裂纹两侧呈现显著应力集中，裂纹源区域分布大量MC型碳化物。热裂纹的形成取决于液膜的稳定性、应力集中及碳化物析出相的共同作用。液膜稳定性取决于枝晶凝并过冷度，并与相邻晶粒间的晶界角度密切相关。基于Rappaz枝晶凝固过冷理论，计算获得DD432单晶合金形成稳定液膜的最小晶界角为2.9°，即该合金热裂纹形成的临界角；大角度晶界处的枝晶凝并过冷度为395 K，远高于晶粒内部枝晶间液膜的过冷度(29.58 K)以及小角度晶界(3.6°)处的枝晶凝并过冷度(56 K)，大角度晶界为开裂提供了稳定液膜；沉积区内部的高水平应力集中驱动了热裂纹的萌生与扩展；MC型碳化物析出相通过“钉扎作用”抑制液相补缩及弱化与基体之间结合强度等作用进一步促进了热裂纹形成。     

Research Progress on the Crack Formation Mechanism and Cracking-Free Design of gamma' Phase Strengthened Nickel-Based Superalloys Fabricated by Selective Laser MeltingEI北大核心CSCD

传统牌号高强镍基高温合金具有较宽的凝固温度区间、较高比例的低熔点共晶相,在增材制造快速非平衡凝固过程中易产生裂纹等缺陷;同时,热处理过程中残余应力释放和γ’相快速析出导致应变时效裂纹的形成,严重限制了其在激光增材制造领域的应用与推广。基于此,本文综述了近年来国内外研究组及作者团队在选区激光熔化高强镍基高温合金裂纹形成机理与抗裂纹设计(成形工艺参数优化、热处理制度调控以及合金成分设计)领域相关的研究进展,并对激光增材制造γ’相强化镍基高温合金裂纹调控的研究进行了展望。     

镍基材料焊接中高温失塑裂纹DDC的生成机理及研究进展

综述了镍基高温合金焊接中高温失塑裂纹（DDC）的生成及最新研究进展,讨论了镍基高温合金焊接过程中评价DDC的几种主要试验方法并着重对最适合于DDC敏感性研究的STF试验进行了详细的叙述,同时综述了高温失塑裂纹的生成机理,影响高温失塑裂纹的因素以及降低DDC敏感性的一些措施。通过综述结果表明降低DDC敏感性的主要措施是采用合适的合金体系和配合合适的焊接工艺。通过合适的合金体系来控制晶界形貌,即一些特定的元素和C形成MC类碳化物并以析出物的形式均匀分布在晶界区域内,它们会有效钉扎晶界使晶界变得更加曲折,阻碍晶界的滑移以及晶粒的长大。使用使合金组织晶粒细化的焊接工艺以及相应后续处理使合金拥有很好的抗高温失塑裂纹的性能。     

Inconel625镍基高温合金激光增材制造零件的开裂行为研究

为研究激光增材制造零件的宏观开裂行为,获得裂纹类型、扩展方向以及裂纹长度等相关规律,在Inconel625镍基高温合金上进行激光增材制造加工实验,对成形零件上出现的各类裂纹进行分析统计。结果表明:在激光增材制造加工过程中零件裂纹易在以下区域萌生:内应力集中区,基层和成形件结合处,成形零件薄弱环节,二次成形加工区域以及成形质量较差的区域。各区域裂纹的成因以及形貌特征各不相同。     

增材制造高温合金组织及缺陷研究进展

增材制造作为一种先进的数字化制造技术,广泛应用于高温合金制备研究中。介绍了增材制造高温合金的微观组织基础上,梳理增材制造过程中的气孔种类及特征,回顾了裂纹种类及开裂倾向性模型的发展过程,综述数值模拟技术在增材制造高温合金性能优化的应用,并对增材制造高温合金的研究和发展进行了展望。     

选区激光熔化制备镍基高温合金的研究进展

综述了镍基高温合金选区激光熔化技术（Selective Laser Melting,SLM）的研究进展。通过阐述IN718沉积态典型凝固组织及性能的变化规律,发现IN718合金工艺参数不匹配引起的微观缺陷难以消除,并在增材制造过程中存在裂纹的问题;结合激光增材制造过程中工艺参数对沉积态组织的影响、热处理后组织的变化及其对力学性能的影响等方面的研究,对镍基高温合金选区激光熔化技术予以展望,为镍基高温合金选区激光熔化技术的发展提供参考。     

3种铸造镍基高温合金热疲劳行为研究

研究了3种铸造镍基高温合金在不同温度下的热疲劳行为,利用OM和SEM对合金的组织和热疲劳裂纹形貌进行了观察.结果表明:3种合金的热疲劳裂纹均萌生于V型缺口尖端处,应力诱导下氧化孔洞的产生、聚集和相互连通是裂纹萌生的主要方式,晶界、碳化物及共晶促进了裂纹的萌生和扩展.IN738和DZ444合金的热疲劳裂纹分别沿晶界和枝晶...     

Inconel 617镍基合金电弧增材制造微观组织与力学性能

电弧增材制造技术基于分散累加原理,可实现镍基高温合金复杂结构快速无模加工,是一种广受关注的先进加工技术。该研究以高温耐蚀合金Inconel 617增材制造块体为研究对象,采用OM,SEM及万能拉伸试验机等手段分析了增材制造镍基合金块体微观组织及力学性能。研究结果表明,Mo元素在柱状枝晶间偏析,促使大尺寸的Laves相沿枝晶析出。在拉伸应力下,Laves相由于脆性较高,易发生断裂,诱发裂纹萌生。由于裂纹扩展路径在不同方向拉伸时存在显著差异,导致增材制造构件沿沉积方向强度（900 MPa）显著高于垂直沉积方向强度（700 MPa）。该研究为电弧增材制造镍基合金的组织性能调控奠定了一定基础,为进一步推动电弧增材制造镍基合金构件的应用进行了有益探索。     

PPB对镍基粉末高温合金裂纹扩展速率的影响

摘 要: 研究了直接热等静压（As-HIP）成形的一种镍基粉末高温合金中原始颗粒边界（PPB）对其裂纹扩展行为的影响。结果表明,粉末高温合金中的原始颗粒边界上析出的碳、氧化物会导致断裂韧性(KIC值)降低,使界面极易萌生裂纹;在裂纹扩展过程中发生沿颗粒间断开,改变扩展棱的走向,并加剧裂纹沿晶界扩展,使裂纹扩展速率增快;沿原始颗粒边界扩展的裂纹尖端的断裂韧度与边界析出物的物理性质、数量、尺寸密切相关,析出物排列越密集,KIC值越小,会加速裂纹在这些薄弱区扩展。     

热等静压冷速对SLM成形K536合金力学性能的影响

采用激光选区熔化工艺制备K536航空发动机零件,研究了不同冷速的热等静压HIP工艺对制件组织及力学性能的影响。结果表明,激光选区熔化K536高温合金制件经HIP处理后,制件内部产生完全再结晶,金相组织为奥氏体基体及晶内和晶界碳化物,合金强度降低、塑性上升,数据分散性下降;随HIP冷速的增大,组织中晶界碳化物减少,晶内出现少量颗粒状碳化物,有效提升了合金在815℃的高温屈服强度。     

Effects of process variables on interfacial quality of laser cladding on aeroengine blade material GH4133

Consecutive layer of a cobalt alloy, stelliteX-40, were deposited onto a GH4133 superalloy plate. The microstructure and mechanical properties of laser cladding were examined. An inappropriate combination of laser power, scanning velocity or pre-placed powder height can result in the formation of incomplete fusion interface between the cladding layer and substrate, or reheat cracking along the coarse grain boundary in the heat-affected zone (HAZ) after ageing treatment. The SEM and energy dispersive spectroscopy (EDS) show the absence of precipitate particles within the reheating crack with similar average compositions for the crack and the substrate. The plastic deformation due to residual thermal stress induced by thermal cycle of laser cladding process is concentrated on the coarse grain boundaries within the HAZ as grains are strengthened by precipitating particles during the aging process. This concentrated plastic deformation is mainly responsible for reheat cracking. The laser cladding layer with integrated melt interface and without reheat cracking can be obtained by optimizing laser power, scanning velocity and powder thickness. The experimental results of microhardness show the homogenous property distribution within the material after the ageing treatment.     

热处理对粉末冶金Inconel 718高温合金组织及性能的影响

以超高转速等离子旋转电极法(SS-PREP法)制备的高球形度Inconel 718高温合金粉末为原料,采用热等静压(HIP)工艺制备了Inconel 718粉末高温合金,重点研究了热处理制度对合金组织和力学性能的影响.实验结果表明:采用SS-PREP法制得的Inconel 718高温合金粉末粒度分布均匀,球形度良好,具...     

316L不锈钢激光快速成形过程中熔覆层的热裂机理

采用微观测试分析方法，针对316L不锈钢粉末，深入研究了激光快速成形过程中熔覆层的开裂行为及其形成机理，研究结果表明，316L不锈钢激光熔覆层裂纹多发生在树枝晶的晶界，呈现出典型的沿晶开裂特征，裂纹断面上有明显的氧化彩色，扫描电镜照片显示裂纹断面上树枝晶的方向与轮廓清晰可见，树枝晶晶界相当圆滑，表明裂纹是在高温下产生的，熔覆层中的裂纹是凝固裂纹，属于热裂纹范畴，裂纹产生的主要原因是熔覆层组织在凝固温度区间晶界处的残余液相受到熔覆层中的拉伸应力作用所导致的液膜分离的结果。     

FeTiP相在高强IF钢热轧过程中析出行为的研究

利用电阻炉、Gleeble热模拟试验机和透射电镜,分析了高强IF钢中FeTiP相在热轧过程的析出行为.结果表明,高强IF钢连铸坯中心位置存在少量的FeTiP相析出物,但经过加热和长时间保温,析出物可完全回溶;在热轧过程中,轧制温度范围内的应变诱导析出物主要为TiS相、Ti4C2S2相和TiC相,难以捕捉到明显的FeTi...     

激光选区熔化GH3536高温合金的成形工艺及组织性能

研究了激光选区熔化GH3536高温合金的成形工艺及不同冷却方式和热处理制度下的显微组织和高温拉伸性能。结果表明:随着激光功率的增加,合金的孔隙率整体上呈先降低后增加的趋势;当激光功率较低时,合金的孔隙率随扫描速度增加而升高;当激光功率较高时,合金的孔隙率随扫描速度增加先降低后增加;扫描间距为0.11 mm时,合金的致密度达到99.8%以上。优选成形工艺为:激光功率285 W,扫描速度960 mm/s,扫描间距0.11 mm。1175 ℃保温1 h后冷却速度越慢,热处理后合金的高温伸长率越高。炉冷时,晶界处析出连续的碳化物,使晶界强度增加,高温塑性提高。热等静压后进行1200 ℃高温固溶处理,合金的晶粒尺寸较为均匀,原晶界处粗大断续状的碳化物变得连续均匀,使合金的横纵向高温伸长率达到36%以上。     

选区激光熔化René 88DT高温合金的晶粒组织及冶金缺陷调控

采用OM和SEM对选区激光熔化René88DT高温合金显微组织进行了表征,分析了制备参数对晶粒组织及冶金缺陷的影响。结果表明,制备参数可以影响合金凝固过程中胞状枝晶的择优生长方向,进而影响晶粒的形貌和尺寸。在低热输入以及67°层间扫描转角条件下,不同取向的枝晶相互竞争生长,使试样的组织呈现近等轴晶;采用高热输入以及0°层间扫描转角制备的试样,因其枝晶能够跨越多个沉积层连续外延生长而形成了柱状晶组织。采用90°层间扫描转角制备的试样晶粒组织为柱状晶,但其长径比低于0°层间扫描转角制备的试样,且由于金属蒸气烟尘的遮蔽作用导致试样在相互垂直的扫描方向上产生了各向异性。试样内部的冶金缺陷主要为低熔点共晶液化所导致的沿晶界分布的凝固裂纹,等轴晶组织阻碍凝固裂纹的扩展能力远高于柱状晶组织,后者裂纹密度是前者的22倍。考虑成形质量及服役条件,67°层间扫描转角以及较低的热输入是适合René88DT合金的选区激光熔化制备参数。     

高温合金在能源工业领域中的应用现状与发展

激光熔覆技术已广泛应用于关键部件的增材修复,其熔覆材料的输送主要采用送粉式或送丝式. 为研究送粉式与送丝式激光修复对Inconel 718高温合金修复质量的影响,结合数值模拟与试验研究对比分析了送粉与送丝方式对激光修复过程中V形槽温度场、熔池轮廓、修复区宏观形貌与微观组织的影响. 结果表明,送粉与送丝激光修复V形槽熔池的激光能量吸收与传递关系不同;相比于送丝式,送粉式激光修复过程中的V形槽底部能量集中,导致修复区熔深增大45.5%;送粉式修复过程中粉末以固态及半固态形式冲击进入熔池,修复区表面粗糙度显著增加,同时送粉式修复区晶粒尺寸随修复深度减小逐渐增大,修复区中部区域晶粒取向差异明显.