【摘 要】
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选区激光熔化(selective laser melting,简称SLM)成形技术可以不使用模具直接成形结构复杂的零部件,在复杂结构零部件的制造领域表现出较强的技术优势,近年来,该技术在航空航天领域得到了广泛应用。本文以先进军用航空发动机燃烧室的制造为应用背景,系统研究了合金中C元素含量及热处理工艺对选区激光熔化成形GH3230镍基高温合金显微组织及高温力学性能的影响规律,利用相图计算软件JMat
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选区激光熔化(selective laser melting,简称SLM)成形技术可以不使用模具直接成形结构复杂的零部件,在复杂结构零部件的制造领域表现出较强的技术优势,近年来,该技术在航空航天领域得到了广泛应用。本文以先进军用航空发动机燃烧室的制造为应用背景,系统研究了合金中C元素含量及热处理工艺对选区激光熔化成形GH3230镍基高温合金显微组织及高温力学性能的影响规律,利用相图计算软件JMat Pro计算了碳化物的析出过程,探讨了碳化物对合金的强化机理,优化了合金成分及热处理工艺。设计了C含量分别为0.3%、0.15%、0.08%的GH3230高温合金(分别命名为230-1、230-2、230-3),以考察C含量对选区激光熔化成形GH3230镍基高温合金的综合高温力学性能的影响。利用选区激光熔化成形技术制备了三种C含量不同的GH3230高温合金试样。设计了温度分别为1180℃、1200℃、1230℃、1250℃的四种固溶热处理制度,按照设计的温度对三种成分的选区激光熔化成形GH3230高温合金试样进行了固溶处理,对比分析三种C含量不同的选区激光熔化成形GH3230合金的微观组织形貌。发现:随着固溶温度的升高,230-1和230-2合金中碳化物尺寸均呈现先增大后减小再增大的趋势,固溶温度为1230℃时碳化物尺寸最小,1250℃时碳化物尺寸最大;而230-3合金中碳化物尺寸随着固溶温度的升高呈减小趋势,固溶温度为1180℃时碳化物尺寸最大,1250℃时碳化物尺寸最小。随着合金中C含量的升高,合金中碳化物数量明显增加;而随着固溶温度的升高,230-1合金中碳化物数量变化不明显,230-2和230-3合金中碳化物数量明显减少,且230-3较230-2的碳化物数量减少更明显。230-1析出了M6C和M23C6两种碳化物,而230-2和230-3只析出了M6C一种碳化物。随着合金中C含量的升高,碳化物的钉扎作用加强,晶粒变细小;随着固溶温度的升高,230-1合金晶粒尺寸变化不明显,而230-2和230-3合金晶粒明显变大,其中230-3合金晶粒变大趋势最为明显。高温拉伸试验结果表明:随着C含量的升高,样品的强度升高而塑性降低。随着固溶温度的升高,其强度和塑性均先升高后降低,且在1230℃时达最高,显微硬度也有一致的规律。高温拉伸断口形貌观察分析结果表明:与材料生长方向相垂直的方向上的样品,其拉伸断口形貌呈现“解理断口”的特征;而与材料生长方向相平行的方向上的样品,其断口形貌呈现“沿晶断裂”的特征,并且与材料生长方向相平行的方向上的样品断裂方式为韧性断裂。这表明了三种成分的GH3230样品在高温下的断裂方式主要是沿晶断裂。基于以上分析可知,固溶温度为1230℃时,SLM成形GH3230合金的高温拉伸力学性能最优,C含量为0.3%的SLM成形GH3230合金强度最高,C含量为0.08%的韧性最高。
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