【摘 要】
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GH4169合金具有良好的耐腐蚀、抗疲劳性能而被广泛应用于航空、航天和能源行业。但一般使用GH4169合金制造具有复杂外形的零件时,常常导致其加工所需工艺成本较高。而激光选区熔化技术的出现带来了解决这一问题的新思路。不过,激光选区熔化工艺与传统工艺不同,它是一个快冷快热的过程,这就导致了基体里的强化相来不及析出,再加上打印过程中产生的热应力,使得原始SLMGH4169合金的各项性能不高于铸锻件的标
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GH4169合金具有良好的耐腐蚀、抗疲劳性能而被广泛应用于航空、航天和能源行业。但一般使用GH4169合金制造具有复杂外形的零件时,常常导致其加工所需工艺成本较高。而激光选区熔化技术的出现带来了解决这一问题的新思路。不过,激光选区熔化工艺与传统工艺不同,它是一个快冷快热的过程,这就导致了基体里的强化相来不及析出,再加上打印过程中产生的热应力,使得原始SLMGH4169合金的各项性能不高于铸锻件的标准。再加上GH4169合金中的主要强化相γ″相在高温下一定时间会向非强化相δ相转变,从而导致性能下降。所以采取合适的热处理来优化激光选区熔化GH4169合金的各项性能是非常有必要的。在本文中,结合传统铸锻件的热处理标准与前人研究,采用了均匀化+固溶+双时效的热处理方案。设计了上述三级热处理的双时效处理中第一阶段的三个时效温度与六个时效时间的热处理工艺,主要探讨δ相的析出行为,探究其对力学性能的影响,从而为激光选区熔化成形GH4169的热处理工艺制定与工程应用提供试验依据和参考。显微组织与力学性能研究表明:经过相同的均匀化+固溶处理后,不同双时效工艺对晶粒形状与大小影响不大。在相同的时效温度下,随着时效时间的增加,δ相先在晶界析出,再向晶内生长,且形貌由短棒状逐渐向长针状转变,最后在晶内呈平行关系出现。随着时效温度的升高,γ"相尺寸均匀性变差。在720℃下,γ"相尺寸均匀性最好,为30-50 nm,具有最好的强化效果。在720℃下,δ相含量在16 h后出现大量增加,而在770和820℃下,δ相含量分别在4 h与2 h后出现大量增加。时效温度越高,出现转变的时间越早。不同温度条件下的显微硬度均随时效时间的增加先升高后下降,720℃下,显微硬度在16 h时出现峰值485.6 HV5,而在770和820℃下,峰值硬度在时效4 h与2 h时出现,分别为472.3和458.1 HV5。在650℃拉伸性能中,720℃下16 h的双时效工艺的抗拉强度最高,为1201 MPa,伸长率最低为14.21%,不过依旧高于锻造GH4169。综合组织和性能研究结果表明,SLM-GH4169合金的最佳双时效工艺为720℃/16h,炉冷2 h至620℃/8 h,空冷。对合金的摩擦磨损性能研究中发现,720℃下16 h的双时效处理改善了合金的耐磨性能。相比于原始态SLM-GH4169合金的磨痕,其宽度、深度以及平均摩擦系数均下降。原始态与热处理态SLM-GH4169合金均为以粘着磨损与氧化磨损为主,磨粒磨损为辅的磨损机制。常温与高温（500℃）下不同载荷对合金摩擦磨损性能的研究中发现,随着载荷的上升,两者磨损量皆上升,但是常温下平均摩擦系数上升,高温下平均摩擦系数下降。这主要是因为常温下产生的磨屑起到了增摩作用,而高温下产生的磨屑较软起到了润滑作用。常温下的主要磨损机制为粘着磨损,而高温下主要磨损机制为氧化磨损。
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