快速凝固激光快速成形镍基高温合金零件组织研究.pdf

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1、快速凝固激光快速成形镍基高温合金零件组织研究。张长利。张凌云席文军王华明o(北京航空航天大学材料学院激光材料加工与表面工程实验室北京100083)摘要本文采用氩气雾化Rene’95镍基高温合金粉末(70～200目)为原料，利用快速凝固激光快速成形工艺制备出多种薄壁镍基高温台金零件。呆用OM观察了零件的组织生长形态，并对零件成形热应力进行了分析。快速凝固激光快速成形高温合金薄壁零件表面较光滑平整，组织致密，成分均匀，没有宏观偏析，具有枝晶间距很小的定向生长树枝晶。实验证明激光快速成形工艺可以制备出具有定向组织，具有各种复杂形状的致密金属零件。关键词激光快速成形镶基高温合金定向生长快速凝

2、固1引占高性能金属零件激光快速成形技术(LaserRapidForming)是1995年在美国发明并迅速发展的一种低成本、快速制作高性能拿致密实际金属零件的制造技术。它将快速原型制造技术、商功率激光熔覆技术与先进材料制备技术有机融合为一体，谯金属零件CAD三维实体模型切片数据的驱动下，通过金属材料的激光逐层沉积，住无需任何等用模具和任何专用I：装条件下直接快速制造出具有快速凝固组织特征的高性能全致密复杂实际金属零件，利用该工艺可通过在激光逐层熔覆沉积成形过程中灵活改变合金粉末的成分，制造不同部位具有不同材料的梯度功能材料金属零部件。激光快速成形工岂具有独特优点：(1)32艺简单．制造

3、环节少、适应于各种复杂金属零件快速制造与柔性制造。(2)材料合成制备与复杂金褐零件快速成形制造一体化；(3)具有快速凝固非平衡组织、力学性能优异并可方便地制造梯度性能零件；(4)生产成本低、材料利用率高，尤其适合于飞机机身钛合金复杂结构件及航’皇发动机涡轮盘、叶片等关键高性能高温合金复杂结构件的快速制造，例如美国Aerornet公闭利用激光快速成形技术制造的多个钛合金关键大型承力结构件，已经在F22及F18E／F七得到批量应用。o『目家岛技术砌}究发艉if划“963”资助课题(200IAAl371)203)驶‘ff1”总装备部科技顾研项f1资助课题。●张{∈利：男，1077年4月牛．

4、硕L研究q；通信地址：北京ff】海淀B学院路37哆．北京航空航^大学材抖学院激光材料加I与表面工程实验窜；邮编：100083；电话：01082317102。●联系人：￡华明，教授，博士生导师；电子信箱：wanghuamlng@263net往遣凝霹激竞快速成彤绦基高温合金零箨纽织研究1993北航激光材料加工与表面下稚实验室是国内较早开腱高性能金属零件激光快速藏形蓊究的擎位之。累；#该技术在国魂羚懿先歼屣赢瀣瓣瑭醚毒虫金疆／鼹瓷复台拱料零件的快速凝固激光戏彤‘l_。本文稿J}n激光逐层熔覆沉积快速成形新技术，制造镍基高温合金薄壁复杂结构零件．埘其快速定向凝同昆微组织生长特点及热应力控制进

5、行了研究。2实验秀法分剐采fR70nml×40mill×15rrlnl的铸造奥氏瘁不锈钢及厚度约为3irllr[1的Rene795薄籁作为整树，以70～150瓣Rcne’95氩。t雾亿镲莲高温合金耪东作蠹琢秘辩，在5kW姣蔓激光材辩加』：号恢造成形系统上进行薄壤状高温合金零{牛的快速成形。快速成彤工艺参数为：激光功率1．8kW，f1描速度300ram／rain，送粉速率50g／rain，载气流嚣0．2m’／h，激光求斑直径4trim，每层沉积高度约为0．24t'llnl。实验时采用“Y、。j：轴联动方式最终嗣得50nlm×t5H1m×9011lln．蘼度为3irlm薛管状零辞。塞jg

6、线切割切取金辐观测试样，浸蚀滚为1。5gC“S04+40ml。Hd}20ml。c^地Oil。3实验绪聚与霉：验分祈3。1快速凝固激必成形镍基蹇瀑金垒零俅组织堪过实验研究轫步缆他出会适趵工艺参数为：激光辕出功枣}．8kW，扫搓速度300film／nlln，送粉速率509／min，制造出K寸约为50nM×15mnl×90mm、壁厚3rnm的矩形薄鼙管状零件，粉末利用率约为40％。零件组织敛密，没有疏松与气孔，通过阿基水德法测定泼材搴车的密度为8．289／cm3。廷试聿莩卜线切割薄壁试榉，金粳缀织显永为图2所永。出图2a、6『玎以蓊出，零件纵面在。轴方向上有均匀的定向生跃特征，枝晶间距细小

7、，没有疏松以及孔洞出现。其～次枝晶间距仪为28fHn，二次棱晶闯距佼8．6}∽。校据凝戳理论西辩，技箍闷距决定子凝强界瑟蕊沿液摆中瀑戏撵度及凝固冷却速度，凝固冷却速度愈商，局部凝固时间愈短，枝品间距愈小。众所周知，二次校晶间距对力学性能有很大影响，二次枝晶间距对力学性能的影响比晶粒度还明显，黼者存在密切的关系⋯2。这是陶为羯走编辑、维松及夹杂物翦分布隧二次技照闽鞭的城小丽妁于均匀。由此可以推测，本文所得到的致密细长薄壁零军震搿篇翟烹拳嚣淼然豳，篙黧R一∞平