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GH3536高温合金的SLM成形工艺优化与性能评估
作者：admin 发布时间：2024-11-07 15:24点击：
高温合金种类繁多，依据其基体种类的不同，大致可划分为镍基、钴基和铁基三大类。其中，钴元素作为一种珍贵的战略性物资，在全球范围内的分布并不均匀，而我国的钴元素储量仅占世界总储量的1%左右，这使得钴基高温合金的原材料供应相对紧张。与此同时，铁基高温合金虽然在某些方面表现出色，但其组织稳定性相对较差，难以在高温、高压等恶劣环境下长时间稳定工作。因此，镍基高温合金凭借其出色的耐高温、耐腐蚀、抗氧化以及稳定的合金组织等特性，在高温合金领域中占据了举足轻重的地位。
GH3536合金作为一种典型的固溶强化型镍基高温合金，其主要合金元素包括镍、铬、铁等，这些元素的合理搭配使得GH3536合金在高温环境下能够保持优异的性能。它不仅能够承受高温的考验，还具备出色的耐腐蚀性和抗氧化性，因此被广泛应用于航天航空发动机、船舶工业以及需要承受高温、腐蚀、摩擦等特殊环境的领域。此外，GH3536合金还具有较高的热塑性和良好的焊接性能，使其在900℃左右的高温环境下工作时，能够保持良好的蠕变强度和持久强度，这对于制造需要在该温度范围内长期工作的航空发动机部件尤为重要。
然而，航空航天发动机部件往往结构复杂，内部设计有多种内流道，这些内流道的表面精度直接影响到工作过程中的流体通量。传统的加工方式，如锻造、焊接和铸造等，通常需要使用模具进行成形。但对于这种复杂结构的部件，模具的制作不仅难度大、成本高，而且一旦制作不满意，还会造成原材料的浪费。
结论
(1) 在采用SLM（选择性激光熔化）技术成形GH3536合金时，激光功率的选择至关重要。如果激光功率过低，输入的激光能量将不足以充分熔化GH3536合金粉末，从而导致成形件中存在较多的缺陷。随着能量密度的升高，零件的孔隙率逐渐减小，致密度则相应提高。
(2) 经过SLM成形的GH3536合金与原始的GH3536合金粉末相比，其X射线衍射峰向左偏移，晶面间距变大。这一现象的原因是，在SLM成形过程中，由于极大的温度梯度和循环加热，合金内部会残留过大的热应力，导致晶格发生畸变。在本实验中，当激光功率为330W，扫描速度为950mm/s时，成形件的表面形貌达到最优。
(3) 能量密度对SLM成形GH3536合金的性能有着显著的影响。当能量密度较低时，成形件内部可能存在未熔合的缺陷，这会影响其成形性能和硬度。随着能量密度的不断升高，虽然细晶强化的效果会增强，但过高的能量密度会导致硬度降低。在本实验条件下，当激光功率为330W，扫描速度为950mm/s时（即能量密度为128J/mm³），成形件的维氏硬度达到最优值，为255.04HV（±4%）。
(4) 在SLM成形GH3536合金的过程中，沿成形方向的组织呈现出不规则的鱼鳞状排布熔池，这些熔池相互堆叠形成致密的结构。显微观察发现，组织由等轴晶和柱状晶构成，其中柱状晶垂直于熔池边界呈逆温度梯度方向生长。这一独特的组织结构使得SLM成形的GH3536合金在高温环境下具有更加优异的性能。
GH3536合金作为一种典型的固溶强化型镍基高温合金，其主要合金元素包括镍、铬、铁等，这些元素的合理搭配使得GH3536合金在高温环境下能够保持优异的性能。它不仅能够承受高温的考验，还具备出色的耐腐蚀性和抗氧化性，因此被广泛应用于航天航空发动机、船舶工业以及需要承受高温、腐蚀、摩擦等特殊环境的领域。此外，GH3536合金还具有较高的热塑性和良好的焊接性能，使其在900℃左右的高温环境下工作时，能够保持良好的蠕变强度和持久强度，这对于制造需要在该温度范围内长期工作的航空发动机部件尤为重要。
然而，航空航天发动机部件往往结构复杂，内部设计有多种内流道，这些内流道的表面精度直接影响到工作过程中的流体通量。传统的加工方式，如锻造、焊接和铸造等，通常需要使用模具进行成形。但对于这种复杂结构的部件，模具的制作不仅难度大、成本高，而且一旦制作不满意，还会造成原材料的浪费。
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(1) 在采用SLM（选择性激光熔化）技术成形GH3536合金时，激光功率的选择至关重要。如果激光功率过低，输入的激光能量将不足以充分熔化GH3536合金粉末，从而导致成形件中存在较多的缺陷。随着能量密度的升高，零件的孔隙率逐渐减小，致密度则相应提高。
(2) 经过SLM成形的GH3536合金与原始的GH3536合金粉末相比，其X射线衍射峰向左偏移，晶面间距变大。这一现象的原因是，在SLM成形过程中，由于极大的温度梯度和循环加热，合金内部会残留过大的热应力，导致晶格发生畸变。在本实验中，当激光功率为330W，扫描速度为950mm/s时，成形件的表面形貌达到最优。
(3) 能量密度对SLM成形GH3536合金的性能有着显著的影响。当能量密度较低时，成形件内部可能存在未熔合的缺陷，这会影响其成形性能和硬度。随着能量密度的不断升高，虽然细晶强化的效果会增强，但过高的能量密度会导致硬度降低。在本实验条件下，当激光功率为330W，扫描速度为950mm/s时（即能量密度为128J/mm³），成形件的维氏硬度达到最优值，为255.04HV（±4%）。
(4) 在SLM成形GH3536合金的过程中，沿成形方向的组织呈现出不规则的鱼鳞状排布熔池，这些熔池相互堆叠形成致密的结构。显微观察发现，组织由等轴晶和柱状晶构成，其中柱状晶垂直于熔池边界呈逆温度梯度方向生长。这一独特的组织结构使得SLM成形的GH3536合金在高温环境下具有更加优异的性能。
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