定向能量沉积增材修复Inconel 718合金熔合区的微观结构演变和析出相特征
时间:2024-10-10 10:28 来源:增材制造硕博联盟 作者:admin 点击:次
东北大学机械工程与自动化学院兰亮云副教授(特聘研究员)团队与中国科学院金属研究所合作在国际顶刊《Materials
Characterization》(中科院一区Top)发表最新研究成果 “Mirostructural evolution and
precipitated phase characteristics in the fusion zone for the
as-repaired Inconel 718 alloy by directed energy deposition additive
manufacturing“,采用五种激光功率,通过定向能量沉积增材制造技术修复Inconel
718合金,在不同的凝固条件下,研究了修复后的Inconel 718试样的熔合区(fusion zone,
FZ)的微观结构演变和析出相特征。兰亮云副教授为通讯作者。 研究结果表明,随着激光功率的增加,FZ中的主要枝晶形貌从等轴枝晶转变为柱状枝晶,同时伴随着大量Laves相从长链状到块状的形态演变。然而,Laves相的这些形态变化不仅与凝固结构特征有关,而且还受到逐层沉积引起的重复垂直热循环的影响,因为多次热循环可以被视为对FZ进行温和的热处理微观结构。一方面,随着激光功率的增加,热积累效应逐渐增强,有利于Laves相部分溶解;另一方面,富Nb区析出大量γ''相、γ'相和δ相。当激光功率为1400W时,5个修复样品中Laves+δ相的体积分数最高,而γ'+γ''相的体积分数最低,导致显微硬度最低。 研究亮点 1)随着激光功率的增加,FZ中的主要枝晶形貌从等轴枝晶转变为柱状枝晶; 2)Laves相的形态受到凝固结构和重复垂直热循环的影响; 3)大量聚集在富Nb区的γ''、γ'和δ相有助于Nb元素偏析和热历史; 4)在1400W时,Vol(γ’+γ”)最低,Vol(Laves+δ)最高,显微硬度最低。
图1. (a)用于焊接的部分熔池示意图,(b)形貌因素对凝固模式的影响,(c∼g)底部典型微观组织特征
在不同激光功率下修复 Inconel 718 样品:(c) 800 W、(d) 1000 W、(e) 1200 W、(f) 1400 W、(g)
1600 W
图2 不同激光功率下FZ的凝固组织形貌和析出相特征:(a)800 W,(b)1000 W,(c)1200 W,(d)1400 W,(e)1600 W,( f) 典型拉夫斯相的化学成分
图3 多次热循环下长链Laves相溶解和δ相析出机理示意图
关键结论在该研究中,在五种不同的凝固条件下详细研究了DED修复后的Inconel718样品FZ的微观结构演变和沉淀相特征。以下是主要发现的简要总结: (1) 随着激光功率的增加,FZ中的主要枝晶形貌从等轴枝晶转变为柱状枝晶,这主要归因于形貌因子逐渐增加。 (2) FZ中Laves相的形貌受到凝固结构和多次热循环的影响。低激光功率下形成的长链Laves相主要归因于大量的等轴枝晶,而高激光功率下形成的块状Laves相可能是由于Laves相在激光作用下部分溶解所致。FZ的重复垂直热循环。 (3) 逐层沉积引发的多次热循环被视为对FZ微观结构进行温和时效处理过程。富Nb区析出大量δ相、γ'相和γ''相。当激光功率为1400W时,修复后的5个样品中Vol(Laves+δ)最高,这可能归因于适合δ相快速析出的温度场分布。然而,γ'和γ''相的体积分数在1400W时最低,导致显微硬度最小(~356HV)。 论文引用 Zhang Y, Lan L, Shi Q. Microstructural evolution and precipitated phase characteristics in the fusion zone for the as-repaired Inconel 718 alloy by directed energy deposition additive manufacturing[J]. Materials Characterization, 2023: 113222. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2023.113222 (责任编辑:admin) |