【摘 要】
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激光增材制造技术是利用高能激光束作为热源熔化金属粉末或丝材,通过层层堆积的方式直接制造实体零件的新型加工技术,具有简单高效、适应性强的优点,在工业制造、航空航天、医疗等方面有广泛的应用。镍基高温合金是高温稳定性强的金属材料,具有优异的高温强度、抗氧化性以及良好的塑韧性。而使用传统机械加工工艺制造高温合金工件容易造成严重的切削工具破坏,且对工件形态也有很大限制。使用激光增材制造技术可以很大程度上解决
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激光增材制造技术是利用高能激光束作为热源熔化金属粉末或丝材,通过层层堆积的方式直接制造实体零件的新型加工技术,具有简单高效、适应性强的优点,在工业制造、航空航天、医疗等方面有广泛的应用。镍基高温合金是高温稳定性强的金属材料,具有优异的高温强度、抗氧化性以及良好的塑韧性。而使用传统机械加工工艺制造高温合金工件容易造成严重的切削工具破坏,且对工件形态也有很大限制。使用激光增材制造技术可以很大程度上解决镍基高温合金的加工问题,但由于加工过程中的热输入以及晶体的定向生长,容易造成力学性能的不均匀性。因此,针对于激光增材制造过程中组织的粗大以及力学性能不均,本文研究了Inconel625镍基高温合金的加工工艺、组织与性能,并通过同步施加超声振动以及在粉末中添加细化剂来细化成形件组织,改善力学性能。本文系统研究了Inconel625合金的增材制造工艺,通过单道沉积试验确定各工艺参数对成形的影响规律,结果表明:成形件的单道沉积层熔宽受激光功率影响最大,沉积层的熔高受送粉速率影响最大,沉积层熔深受激光线能量影响最大。Inconel625合金激光增材制造的工艺参数选择在以下范围内成形性较好:激光功率1500-2000W,线能量150-200J/mm,送粉速率12-20g/min,此时单道沉积的熔宽为2.5-3mm,沉积高度0.2-0.35mm,熔深0.1-0.25mm。Inconel625合金激光增材制造成形件的组织主要是贯穿多个沉积层的外延生长的柱状晶以及等轴晶组织,主要由富含Ni、Cr、Mo、Fe的γ-（Fe,Ni）固溶体组成。成形件的显微硬度处于250-300HV0.1之间,屈服强度达到400MPa,高于铸件水平,抗拉强度达到515MPa,冲击韧性达到45J/cm2。为了改善激光增材制造成形件的组织与力学性能,本文在制造过程中施加同步超声振动。研究表明:在激光增材制造工艺的基础上施加超声振动,在相同的激光工艺参数下,超声功率设定为800W,频率50k Hz成形件的表面没有裂纹气孔等缺陷;施加超声振动的激光增材制造成形件晶粒细化明显,外延生长的柱状晶的数量及长度都有减少;成形件硬度值平均达到322.5HV0.1,比未施加超声振动的成形件提高近20%;屈服强度达到517.57MPa,抗拉强度达到730.09MPa,延伸率达到27.4%,断面收缩率达到14.46%,相对于未施加超声振动的成形件都有了大幅提高;成形件的冲击韧性达到56.67J/cm2,比未施加超声振动的激光增材制造成形件提高了近30%。本文同时研究了在Inconel625合金中加入1%的Ti C粉末时成形件的组织与力学性能。Ti C/Inconel625合金的激光增材制造成形件的组织有了明显细化,外延生长的柱状晶组织的数量减少、尺寸都有了明显的减小;成形件的物相除了γ-（Fe,Ni）固溶体还有Ni3（Ti Nb）,以及在基体的晶界上有从基体中析出的Ti C颗粒。硬度的平均值达到285.2HV0.1,较纯Inconel625合金成形件提高了8%,变化幅度减小;屈服强度提高明显,达到500.54MPa,相对提高了37.9%,屈服强度达到582.39MPa,相对提高了13%;冲击韧性为41.67J/cm2,基本与纯Inconel625合金的冲击韧性持平。
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