摘要
IN718是以体心立方(γ”)相以及面心立方(γ’)相为第二项强化析出相的沉淀硬化的镍基高温合金。该材料由美国国际镍公司于1959年研发，后续我国也逐步开展了相关合金的研究，并根据IN718合金材料成分及特性的基础进行了自我改良与优化，最终研制出了性能与IN718非常接近的镍基高温合金，其中国牌号为GH4169。该合金通常采用真空感应+真空自耗重熔(VIM+VAR)两联或真空感应+电渣重熔+真空自耗(VIM+ESR+VAR)三联的熔炼方式，具有良好的焊接性、抗氧化性、抗疲劳性、组织稳定性。在航空航天领域应用非常广泛。相比于常规TIG焊热源，等离子弧焊热源更为集中，热输入可控性更好，成形过程更容易控制，因此本文研究主要使用以等离子弧(PAW)焊产生的电弧为热源的熔积增材制造成形方法制备出一批GH4169合金样品，并重点关注其成形工艺参数，热处理工艺制度研究，微观组织变化，模拟了成形过程中轧制条件对温度场与应力场的影响。通过本次研究，更加深入了对GH4169增材制造工艺的研究，为试验室制备GH4169合金方法从TIG焊为热源的增材制造过渡到以PAW焊为热源的增材制造打下基础。 在增材制造成形工艺上，为了保证熔覆层的成形质量，采用等离子弧焊(PAW)的焊接方式，并通过红外摄像监控焊道区域内整体温度分布控制在150℃以下，防止因GH4169温度过高导致晶粒粗化，焊道流淌以及热裂纹倾向性增大的现象。在研究过程中通过调节几个主要工艺参数：熔积电流，熔积速度，送丝速度以及调节最佳的层间温度，进行了小电流与大电流不同热输入参数的成形工艺对比，重点关注其焊道成形形貌，以及试样微观组织。发现小的热输入参数下成形的试样析出的Laves相数量相较于大电流更少，尺寸更小，可以得到更稳定的GH4169试样。 在热处理工艺制度优化方面，本文进行了直接固溶+双时效热处理工艺(SA)与均匀化+固溶+双时效热处理工艺(HSA)的对比。试验探究得知等离子熔积成形GH4169合金室温沉积态组织为沿沉积高度方向生长的柱状晶，其中伴随着析出相有Laves相，δ相，γ’亚强化相以及γ”强化相，MC碳化物。通过SEM扫描电镜可发现Laves脆性相的存在损害了GH4169的强度，而热处理的目的就是为了使Laves相重新融入基体，析出强化相γ’与γ”相，从而提高GH4169合金的性能及稳定性。发现SA热处理工艺下Laves相的溶解程度较小，而HSA热处理工艺可以使得大部分Laves相溶解进入基体，获得的组织Laves数量很少且细小弥散分布，但会析出一定数量的δ相。 GH4169的轧制条件的影响研究方面做了一个前瞻性的研究。主要工作是通过数值模拟着重探讨了压下量对PAW电弧微铸锻成形试样的温度场与残余应力的影响。结果表明，轧辊的激冷作用能够有效改变轧制区域的温度场。其中轧制区域的温度能够骤降到400℃以下,在出口处由于轧制变形产生的内能而回升到500℃；轧制压下量越大，焊道塑形应变越大；枪辊距一定时较大的压下量能有效减小焊道的残余应力分布。
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