【摘 要】
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传统的钨合金零件制造方式多采用粉末冶金或者粉末注射成型技术。这两种方法在生产复杂三维结构的零件时颇具难度。选区激光熔化增材制造技术可直接实现复杂三维结构难熔金属零件的近净成形,为钨合金提供了广阔的应用前景。然而由于钨本身的高熔点和高的韧脆转变温度,在选区激光熔化制备高比重钨合金(WHA)过程中极容易产生微裂纹、孔洞等缺陷,缺陷的出现必然导致材料应用范围的缩小。因此,如何有效的抑制缺陷仍是一项挑战。
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传统的钨合金零件制造方式多采用粉末冶金或者粉末注射成型技术。这两种方法在生产复杂三维结构的零件时颇具难度。选区激光熔化增材制造技术可直接实现复杂三维结构难熔金属零件的近净成形,为钨合金提供了广阔的应用前景。然而由于钨本身的高熔点和高的韧脆转变温度,在选区激光熔化制备高比重钨合金(WHA)过程中极容易产生微裂纹、孔洞等缺陷,缺陷的出现必然导致材料应用范围的缩小。因此,如何有效的抑制缺陷仍是一项挑战。本文研究了选区激光熔化(SLM)95W的粉末球磨和制备工艺参数,通过最佳球磨参数和样品制备工艺成功制备出了高致密的W-5Nb和W-5Nb/ZrH2样品。分析了工艺参数对致密度、微观组织演变及缺陷产生的影响规律,重点讨论了W-5Nb的致密化过程,Nb的添加对微裂纹的抑制机制以及掺杂0.5 wt.%ZrH2对W-5Nb微观组织产生的影响。对于粉末的球磨参数和样品制备工艺参数的研究发现,最佳的95W复合粉体制备球磨参数为:球磨转速100 rpm,球磨的大小球配比为1:2,球磨时间为10 h。最佳的W-5Nb选区激光熔化成形制备工艺参数如下:激光功率275 W,扫描速度390 mm/s,扫描间距0.08 mm。对于W-5Nb的研究结果发现,样品的致密度随能量密度(E)的增大呈现先增大后减少的变化规律。当E为293 J/mm3时,致密度高达98%,微观组织主要是由单一的W-5Nb固溶相组成,微裂纹基本得到抑制。Nb合金化使得晶粒尺寸细化(36%,相对于纯W)和大角晶界的(>15°)占比降低显著(67%,对于E=293 J/mm3和E=556 J/mm3)。同时,Nb合金化使得WxOy气化偏析形成的纳米孔分布离散化,降低了纳米孔洞偏析对微裂纹萌生的促进作用。Nb的固溶强化作用,进一步提高了晶界间的结合强度。晶界结合强度的提高使得在晶界间发生开裂的可能性减小了许多。对于W-5Nb/0.5 wt.%ZrH2的研究发现,微观相组成为连续且单一的W-5Nb/ZrH2的固溶相,没有产生明显的微裂纹缺陷,仍然存在孔洞。掺杂ZrH2使得W-5Nb的晶粒尺寸减小,但减小的幅度不大,没有明显的织构取向。相对于W-5Nb,ZrH2的掺杂使得残余应力分布更加均匀化,并不是集中在某一区域分布。这就使得因残余应力集中分布而导致开裂的可能性极大的降低。
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