激光快速成形rene′88dt高温合金力学性能研究

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1、摘要摘要粉末冶金涡轮盘技术是目前发达国家先进航空发动机涡轮盘的主要制备技术，但我国仍在研究阶段，还有一些重要的技术瓶颈尚未突破。激光快速成形技术综合快速原型技术与激光熔覆技术的优点，能够实现高性能复杂结构致密金属零件的快速无模近终形制造。该技术应用于Rene’88DT等高温难变形涡轮盘用高温合金的成形，有望为高推重比发动机中涡轮盘等关键零件的研制在成形方法上提供一条新的技术途径。对于高合金化的高温合金，激光快速成形过程中易于出现裂纹等缺陷，成为影响其进入实际应用的主要障碍之一。本文采用微观测试分析方法对沉淀增强型镍基高温合金Rene788DT激光

2、快速成形裂纹产生机理以及扩展机制进行了研究。发现裂纹为液化裂纹，具有典型的沿晶开裂特征。激光快速成形过程中，沉积当前层时，已经凝固的前几层沉积层经受再热循环，晶界处的丫／y’低熔共晶发生液化，在随沉积过程进行而逐渐增大的残余拉伸应力的作用下被拉开，形成液化裂纹。激光成形件组织具有典型的外延柱状生长特点，沉积层底部为近似平行于沉积方向的细长枝晶，其顶部由于热流方向改变枝晶发生转向，形成转向枝晶区。在沉积下一层时道与道之间的搭接区易于成为转向枝晶未完全熔化的区域，因此生长方向偏离沉积方向一定角度的枝晶在搭接区交汇形成晶界，使得该区域成为开裂敏感区。柱

3、状枝晶的晶界沿层与层之间具有贯通的渠道，液化裂纹一旦形成就会沿晶界迅速扩展，因此裂纹大体沿道与道之间的搭接区域发展。对激光快速成形工艺特性研究，发现成形特征工艺参数，包括单道沉积宽度、单层沉积厚度、单层上搭接率是控制裂纹产生的主要因素。通过对激光快速成形特征工艺参数的优化组合，实现了尺寸精度可控、组织致密、无裂纹缺陷的Rene’88DT高温合金拉伸性能试样的制备。对于丫’沉淀增强型镍基高温合金Rene’88DT，合金的性能取决于y’沉淀相的大小、形态和分布，因此本文研究了热处理工艺对合金显微组织及拉伸性能的影响规律，分析了该合金热处理前后的组织变

4、化，同时制备了板状拉伸试样，进行力学性能测试。结果显示：经1160℃，2h固溶后，丫’相比激光沉积态分布均匀，尺寸细小。当固溶温度已达丫’相完全固溶温度以上时，升高固溶温度对Y’相尺寸和分布影响很小。760℃时效，随时效时间的增加，丫’相的略有长大，尺寸分布更加西北工业大学硕士学位论文一IIllIlllI●l■I—■——__l________■___-●■-_____E均匀，强度有较大的提高。本文采用的固溶后冷却速度除随炉冷外均偏高，快速冷却抑制了丫’相的生长，导致r相尺寸都很小，尺寸介于10～50nm左右。热处理后的强度较激光沉积态提高了100

5、～200MPa，屈服强度接近粉末冶金标准的90％，时效时间和固溶后的冷速可能是影响强度提升的重要因素。关键词：Rene’88DT粉末高温合金，激光快速成形(LRF)，裂纹，热处理，丫’沉淀，力学性能IIABSTRACTPowderMetallurgytechniqueisthemajorpreparationapproachformanufacturingaerialturbinedisk．Buttherearesometechnologicalobstaclestoovercomeinourcountryatthepresenttime．Whi

6、leLaserRapidFormingisanewprospectivetechnologyformakingsuperalloypartswithhighproperties，whichintegratesRapidprototypingwithLasercladding，andtailrealizethenearnetshapingofdensemetalpartswithcomplexstructuresandhi．ghproperties．IfitisappliedtothepreparationofRene788DTturbinedis

7、k，Anotherimaginablewaywillbeexploredformanufacturingpivotalmetalparts，suchasturbinediskofhighthrust-weightratioaero—engine．CrackseasilyformduringtheLaserRapidFormingprocessofhighalloyingsuperalloy,whichbecomesanlimitationforthetechniquecomingintoUSe。Thesameproblemhappensinthe

8、processoflaserformedRene’88DTsuperalloy．Sotheformingandexpansionmech