摘要
镍基高温合金因具有优异的高温强度、良好的抗氧化性和高的组织稳定性等诸多特点，在高温合金领域中具有重要的地位。然而受传统冶金原理性制约，致使镍基高温合金制备遇到许多瓶颈性难题。激光增材制造独特的超高温、强对流、瞬时小熔池等超常冶金条件，以及高温度梯度和极快冷却速率的非平衡凝固条件，为突破传统制备技术对镍基高温合金在多元合金化、结构尺寸和复杂程度等方面限制开辟了变革性的途径。因此，近年来激光增材制造镍基高温合金受到广泛关注。但相关研究主要侧重于传统镍基高温合金，这些合金是基于传统冶金和锻造工艺设计而成，并未考虑到激光增材制造的独特性，在增材制造过程中极易产生气孔、熔合不良和裂纹等冶金缺陷。虽然通过调控工艺参数和过程可在一定程度上缓解冶金缺陷的形成，但难以完全予以消除。因此，合金成分调控显得尤为重要。 为此，本文在可焊性与成分关系分析的基础上，采用先进的“团簇+连接原子”结构模型，构建了可焊性镍基高温合金的一般团簇成分式，并以其为基础，以有效固溶强化元素Co为合金化组元，设计了一系列新型的镍基高温合金。利用现代微观分析技术和性能检测手段，重点分析了激光增材制造非平衡凝固条件下合金凝固组织、力学性能和可焊性随Co含量的变化规律，以及后续热处理固态相变组织特征及其对力学性能的影响，以实现合金可焊性和力学性能间良好的匹配关系。 试验结果表明，不同Co含量沉积态合金主要是由FCC结构的γ-Ni固溶体所组成，但随着Co含量的增加，在沉积合金上部区域开始出现沿固溶体晶界分布的Laves相。因受固溶强化和Laves相析出的综合影响，含有6.25～12.5at.%Co的沉积态合金有着良好的强韧性匹配关系，而抗高温氧化性能却随着Co含量的增加而逐渐降低。由于高裂纹敏感性类Al元素含量的严格控制，不同Co含量沉积态合金均展示出良好的可焊性。沉积态合金经固溶时效处理后，组织中Laves相消失，取而代之的是在γ-Ni基体上析出有大量纳米γ''''增强相。由于多种强化机制的共用作用，致使沉积态合金硬度和强度得到明显提升，而塑性则有所降低。
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