3D打印|一种用于3D打印的新型铝成形高温合金（1）

文章图片

文章图片

文章图片

文章图片

江苏激光联盟导读：
本文研究了用于用于激光-粉末床熔合(L-PBF)工艺的新型高γ′级镍基高温合金。本文为第一部分。
摘要
研究了一种新型的高γ′级镍基高温合金，用于激光-粉末床熔合(L-PBF)工艺。强调了（Nb+Ta）/Al比的影响，这是一种通过稳定的氧化铝氧化皮形成，在保持高温抗氧化性的同时，提供优异低温强度的策略。通过微焦点X射线计算机断层扫描对新合金的加工性能进行了表征；使用原型涡轮叶片几何形状和传统合金CM247LC作为基准。在所有情况下，薄壁截面（如后缘）中都存在一些与加工相关的孔隙，但这可以通过明智的加工避免。避免了CM247LC中出现的固态、液化和凝固形式的裂纹。
提出了一种新的亚固溶热处理策略，该策略利用了AM不需要固溶的优点；super solvus热处理是不合适的，因为它会通过纹理恶化和晶界碳化物粗化使材料变脆。当Nb+Ta含量最高时，这种新型高温合金的抗拉强度最大，超过CM247LC ，直至～900°C 。当铝含量最高时，抗氧化性最好，当（Nb+Ta）/Al比例平衡时，抗氧化抗裂性最大。在所有情况下，这些都相当于或优于CM247LC 。然而，新合金的蠕变抗力略低于γ′、C和B含量较高的CM247LC；这意味着需要进一步澄清处理/属性权衡。
1.介绍
3D打印的致命弱点是与加工相关的缺陷发生的倾向，这是由于快速冷却速率诱导和热循环过程固有的。特别是对于镍基高温合金，其降解机制是时间依赖性的，并且对缺陷非常敏感;缺陷的形成方式包括气孔率、凝固裂纹和固态裂纹。这种敏感性是一个缺点，因为传统的加工——包括投资铸造等——已经发展了许多年，成为一个很大程度上无缺陷的路线， 3D打印必须与之竞争。其固有的优势，如与计算机辅助设计技术的强耦合，有助于实现这一点。
有一些因素可以加速在高温应用中插入3D打印，如燃气轮机工业和火箭。一种方法是通过更好地理解传热和产生的热机械效应来调整过程。使用预热和多个热源，或者采用最佳的热源参数，如孵化和模式是第一种策略的很好的例子。另外，还可以改进作为原料的输入材料，因为3D打印等新工艺可能需要设计新的合金等级。有证据表明，第二种方法有其优点。为了达到这个目的，合金设计方法正在出现，并在900°C的铬形成高温合金中取得了一些成功，在这种高温合金中，可以实现强度和延展性的协同作用，同时材料仍然可以打印。

在XZ截面的中心部位观察到的典型的已建成试样的微观结构。 (a)显示宏观结构的光学显微图。 (b)柱状晶粒尺寸演化的EBSD-IPF图和(c)沿构建方向不同位置的γ′析出相尺寸的BSE-SEM显微图。黑色虚线方框表示获得EBSD地图的位置。值得注意的是， EBSD图和BSE-SEM图像不一定显示在相同的位置，因为沿着构建方向，晶粒和沉淀尺寸的演化并不发生在相似的位置。