激光选区熔化成形Inconel625合金的缺陷形成分析及热处理工艺研究

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Inconel625合金是航空航天、化工等领域制备高温部件的主要材料之一,但铸造、锻造等传统工艺制造复杂结构的Inconel625合金部件难度较大,激光选区熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)可实现Inconel625合金的快速、精确成形,成为复杂结构的Inconel625合金部件的有效制备方法。目前,国内外关于SLM成形镍基高温合金的研究集中在制备工艺优化和性能测试等方面,但对其缺陷的形成规律和后处理调控等方面缺乏系统研究。因此,本课题系统研究了SLM工艺参数对成形Inconel625镍基合金的孔隙、裂纹和球化缺陷的影响,揭示这些缺陷形成过程及形成规律。同时,分析了最佳致密态Inconel625合金的显微组织、力学性能和腐蚀性能。另外,探究了研究去热应力热处理、再结晶热处理和去碳化物热处理下SLM成形Inconel625合金组织结构和碳化物析出相演变过程,进而明确热处理对其力学性能和腐蚀性能的影响。研究结果表明:激光体能量密度在55 J·mm-3~78 J·mm-3时,SLM成形Inconel625试样的相对密度较高,达到99.5%以上,孔隙等缺陷较少。激光体能量密度低于55J·mm-3,成形区域出现粉末未熔现象,造成不规则孔隙的产生,并且在较大的温度梯度下,表面张力过大,形成裂纹。激光体能量密度高于78 J·mm-3,非流体力学失稳造成被卷入的保护气氛或者低熔点元素汽化的气泡被马兰戈尼效应封锁在熔池底部,形成圆形孔隙。另外,激光输入线能量密度不佳,Inconel625合金截面球化现象明显。随着激光线能量密度增大,SLM成形Inconel625试样截面未熔粉末粘结颗粒和球化颗粒越大。SLM成形的Inconel625合金主要由细小的胞状晶粒、粗糙蜂窝状晶粒和柱状晶粒组成,晶粒平均尺寸在30μm左右,主要为高角度晶界,其数量明显多于低角度晶界数目,且存在少量的<001>织构。同时,晶粒周围存在一定数量富Mo的析出相。另外,SLM成形Inconel625合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为930±5MPa,700±5 MPa和29.5%,且在HCL溶液中具有良好的耐腐蚀性。去应力退火SLM成形Inconel625合金,少量的细小颗粒状碳化物在晶界处析出,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高了19%、20%和8%。再结晶热处理Inconel625合金随着再结晶温度的变化,SLM成形Inconel625合金晶界和晶粒内出现不同形状和成分的碳化物,使其抗腐蚀性能和力学性能发生改变。730℃再结晶Inconel625合金晶界处析出微米级的富Cr和富Mo的M23C6和M6C碳化物,延伸率上升、抗拉强度和屈服强度下降。830℃再结晶Inconel625合金晶粒出现针片状的δ相,晶界和晶粒内析出不规则状和带状的富Cr和富Mo的M23C6和M6C碳化物,延伸率上升、抗拉强度和屈服强度下降。930℃再结晶Inconel625合金晶粒内和晶界处出现大块状的富Cr、富Mo和富Nb的M23C6、M6C和MC碳化物,延伸率上升、抗拉强度和屈服强度下降,耐腐蚀性能较差。去碳化物退火可溶解930℃再结晶Inconel625合金晶粒内的部分碳化物,晶粒和晶界处析出米粒状富Mo和富Nb的M6C和MC碳化物,进而延伸率上升,抗拉强度和屈服强度下降。
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