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选区激光熔化IN718合金的成分变化规律

选区激光熔化IN718合金的成分变化规律

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作者：李珠玲哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

成分是影响合金性能的最基本因素,能精确控制合金成分是金属零件获得性能优良的重要条件之一。而在选区激光熔化过程中,在激光扫描粉末时,能量输入密度大,瞬时温度高,可以达到几千摄氏度,容易导致易挥发组元的挥发从而引起合金成分的变... 详细信息

成分是影响合金性能的最基本因素,能精确控制合金成分是金属零件获得性能优良的重要条件之一。而在选区激光熔化过程中,在激光扫描粉末时,能量输入密度大,瞬时温度高,可以达到几千摄氏度,容易导致易挥发组元的挥发从而引起合金成分的变化。因此,本文主要通过从热力学、动力学以及实验方面来研究IN718合金元素在选区激光熔化过程中的元素挥发变化规律。在热力学方面,计算了影响主要元素挥发趋势的热力学参数:活度系数和饱和蒸气压。主要通过Miedema模型和Kolher三元溶液模型来对主要组元的活度系数和饱和蒸汽压进行计算。结果表明,在以Cr-Fe-Ni为主要组元的IN718合金中,Cr元素的活度系数和饱和蒸汽压最大,挥发趋势最明显,Ni元素次之,Fe元素最低。并且,主要元素的活度系数和饱和蒸气压都随着熔体温度的升高而增大。对不同温度下主要元素的挥发速率进行了计算,发现Cr元素和Fe元素的挥发速率随温度升高增加得非常快,在2100K以后,变化尤为明显;且Cr元素的挥发速率基本上是Fe元素的挥发速率的10倍;对SLM过程中不同工艺参数对IN718合金主要元素的挥发速率的影响进行了研究。结果表明,增大激光功率,减小扫描速度及扫描间距,会使得Cr元素和Fe元素的挥发速率增大,且Cr元素的挥发速率比Fe元素的挥发速率变化得更为明显。实验方面,主要研究在单层单道、单层多道以及多层多道的扫描成形中变化不同的工艺参数对主要组元挥发的影响。通过单层单道以及单层多道扫描成形,发现增加激光功率,减小扫描速度,减小扫描间距,使熔体温度升高,Cr元素的挥发损失增加,在合金中所占的质量百分含量会有所下降;而合金中Fe元素的质量百分含量会有所上升,变化趋势与Cr元素相反,这主要是受到了来自基板中Fe元素挥发扩散的影响。而通过多层多道的扫描成形,发现增加激光功率,减小扫描速度,减小扫描间距,熔体温度升高,对Cr元素和Fe元素的挥发损失的影响并不明显,但在这组试样中Fe元素的整体质量百分含量有所下降,因为随着成形高度的增加,基板中Fe元素的挥发减少,对试样熔体中元素质量百分含量影响减少。

关键词： IN718镍基高温合金选区激光熔化组元挥发工艺参数

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