GH3625合金粉末选区激光熔化成形工艺及性能研究

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选区激光熔化(SLM)技术基于分层叠加制造原理,通过激光束逐层熔化金属粉末得到金属零件,具有成形结构不受限制、工艺周期短、成形效率高等优点,在生物医学和航天航空等领域具有广泛的应用前景。近年来,人们在SLM成形工艺、成形设备及成形材料等方面进行了大量的研究,推动了SLM成形技术在实际中的应用。本文以GH3625合金粉末为对象,研究了SLM成形GH3625合金的工艺参数、微观组织和力学性能,并探讨了固溶温度对GH3625合金SLM成形件显微组织及力学性能的影响,主要研究内容及结论如下:
  利用单因素分析法对SLM成形过程中的工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉厚度)进行了研究,以成形件的致密度和表面质量作为衡量指标,最终得到最佳工艺参数:激光功率450W,扫描速度1200mm/s~1500mm/s,扫描间距0.07mm,层厚50μm。在该成形工艺范围内,SLM成形件质量较好,致密度可达98%以上。
  随着激光能量密度的的增大,GH3625合金SLM成形试样的抗拉强度和屈服强度都呈现先增后减的趋势。当激光能量密度为85.7J/mm3时,GH3625合金SLM成形试样的拉伸强度、屈服强度均达到最大值,分别为972.13MPa和629MPa,此时延伸率为36.95%。通过改变各工艺参数,探讨了等能量密度(85.7J/mm3)条件下,SLM成形GH3625合金试样性能之间的关系,结果发现,激光能量密度相同时,因其工艺参数组合不同,试样的质量与性能也有差别。
  SLM成形件的光学形貌分析表明,沿激光扫描方向为交错层叠的长条状结构,垂直扫描方向为鱼鳞状结构;由于成形过程中具有较大的过冷度和冷却速度,热流方向变化复杂,成形件的主要组织为外延生长的柱状晶,柱状晶间距尺寸约为0.5μm。XRD分析表明:SLM成形GH3625合金试样组织中主要为奥氏体和Laves相,凝固过程为:L→L+γ→L+γ+NbC+Laves→γ+NbC+Laves,由于冷却时间短,碳化物相来不及生长,数量远少于Laves相。
  在900~1150℃范围内,随着固溶温度升高,试样的强度不断下降,而延伸率不断增大,当固溶温度高于1000℃时,力学性能的变化趋于平缓。当固溶温度增加到1150℃时,试样的延伸率相较于沉积态提高了37.3%,而抗拉强度则下降了12.76%,沉积态试样热处理前后均可达到锻件标准。
  沉积态试样固溶处理后,原始的熔道边界消失,试样组织以奥氏体为主,当温度高于1100℃时,基体上有块状碳化物分布。对比不同固溶温度下试样的组织和力学性能可知,GH3625合金SLM成形件的最佳固溶温度为1000℃。
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