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选区激光熔化成形SRR99镍基单晶的基础研究

潘爱琼  
【摘要】:目前,几乎所有的商用和军用先进发动机均使用定向或单晶叶片。但是随着航空发动机向高推重比发展,涡轮前进口温度已远远高于叶片的承温能力,具有复杂冷却通道的单晶涡轮叶片成为了能满足工作要求的理想选择,这对传统铸造技术提出了严峻挑战。 基于增材制造原理的选区激光熔化成形技术具有独特的技术优点,有可能开辟出一条单晶制备和复杂叶片制造有机结合的新路线,但目前并无相关的研究报道。 本论文以镍基SRR99粉末为原料,采用选区激光熔化成形技术进行了单晶成形实验,通过成形不同尺寸的薄壁及块状实体,研究了激光功率、扫描速度率、铺粉层厚、扫描间距、扫描策略和沉积高度等关键工艺参数对单晶形成的影响,对比分析了单晶基板和成形试样在一次枝晶间距、偏析程度、晶体取向分布等方面的差异,并对选区激光熔化成形单晶的成形机理进行了分析。 结果表明:在高激光功率和低扫描速度下SRR99成形试样更容易发生开裂,与扫描速度相比,激光功率的变化对裂纹敏感性影响更大;扫描间距、铺粉层厚和扫描策略不影响成形试样的外延生长特性和晶体取向;当激光功率在160~200W,扫描速率10~30m/min区间时,可得到2mm高的工业单晶,随着沉积高度的不断增加,晶体取向分散度增大;与铸造单晶基板相比,选区熔化成形的SRR99试样的一次枝晶间距仅为1~2μm,且元素分布均匀、无明显偏析。


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