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《机械科学研究总院》 2019年
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GH3536合金选区激光熔化成形行为及高温性能研究

李勇  
【摘要】:GH3536合金是一种典型的固溶强化型镍基高温合金,具有良好的高温强度以及抗氧化性能,主要用于制作航空发动机燃烧室部件和其他在高温环境下服役的零部件。出于轻量化要求,高性能航空发动机对零部件结构的复杂程度要求越来越高,这给传统制造工艺带来了很大的困难。选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术作为一种典型的金属3D打印技术,在难加工、结构复杂高温合金零部件的加工成形方面具有极大的优势,因此被广泛地应用于航空航天领域。SLM成形过程中,粉末层局部区域经历快速升温/降温过程,存在较高的温度梯度和热应力,容易产生孔隙和微裂纹等缺陷,制约了材料的成形效果和服役性能。同时SLM成形过程中凝固冷却速率极快,区别于传统工艺零部件,SLM成形件晶粒更为细小均匀,残余应力更高。因此有必要对SLM成形件内部孔隙、微裂纹缺陷控制以及组织性能进行研究。为研究GH3536合金SLM成形过程、优化成形工艺、减少成形件内部孔隙和微裂纹缺陷、评估SLM成形GH3536合金服役性能,本课题基于体能量密度研究不同工艺的成形效果,并选择致密度、孔隙和微裂纹数量作为衡量标准;分析薄壁管状成形件显微组织、微裂纹和维氏硬度分布;测试成形件常温力学性能以及高温力学性能,分析高温蠕变行为,并与热轧GH3536合金棒材相应性能进行对比;同时采用有限元方法模拟成形过程温度场、熔池形貌尺寸以及凝固组织。主要结论为:SLM成形件内部孔隙随体能量密度的增加逐渐减少并消失,微裂纹随体能量密度的增加出现并逐渐增加,微裂纹沿晶扩展,整体扩展方向垂直于扫描线方向和平行于成形方向,并同时跨越相邻扫描线和多个沉积层;SLM成形件显微组织形貌呈现为熔池组成的鱼鳞状形貌,熔池内部存在跨越多个沉积层的柱状晶,晶粒间距约为0.6~1.5μm;SLM成形件硬度和强度高于棒材,塑形低于后者;SLM成形件的蠕变抗力高于棒材,其蠕变裂纹沿熔合线及柱状晶晶界形成并扩展,断口可见明显扫描线痕迹,SLM成形件和棒材具有相近的蠕变应力指数6.4~7.4;ANSYS模拟熔池形貌尺寸、凝固组织与试验结果吻合较好。
【学位授予单位】:机械科学研究总院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TG665;TG132.3

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