热处理对激光金属成形DZ125L高温合金组织及硬度的影响

　　提高高温合金的性能对高性能航空发动机和燃汽轮机的发展起着至关重要的作用，随着科技的发展对高温合金性能及制造工艺提出越来越高的要求。定向凝固高温合金由于消除了垂直于应力轴的横向晶界，具有优异的高温蠕变及持久性能等优点而得到越来越多的关注和研究[1-4]。但由于传统铸造液态冷却定向凝固工艺的温度梯度小，凝固冷却速率低，定向凝固柱状晶组织粗大，枝晶间疏松及合金元素凝固偏析严重。提高定向凝固过程的温度梯度和冷却速率是细化定向凝固柱状晶组织，降低合金元素偏析的最有效方法之一[5]。

　　DZ125L是中国自主研发的第一代采用低偏析技术制造的高性能定向凝固薄壁空心叶片镍基高温合金，主要应用环境为推重比7～8涡转发动机一级涡轮叶片，工作温度1000℃以上，具有良好的高温使用性能。它是一种沉淀强化型合金，铸造组织主要包括：γ基体，强化相γ′(Ni3(Al，Ti))，共晶γ/γ′和MC碳化物。其中强化相γ′和MC碳化物的形态和分布对合金高温性能具有重大影响[6，7]。

　　激光金属成形(Laser　Metal　Forming，LMF)技术是20世纪90年代初发展起来，是将计算机中CAD模型进行“分层”，“切片”处理，然后逐层堆积，形成无模具，近净成形零件的一种先进制造技术。这种工艺成形熔池小，冷却速率高，温度梯度高达105～107℃/m，可以成形具有外延生长定向快速凝固特点的组织[8-10]。本研究探求采用此种方法制造高温合金零件，但由于激光金属成形过程的中快冷快热，造成应力集中和组织的亚稳定，使得成形零件直接使用受到限制，因此后续热处理是十分必要的。国内外对激光金属成形方法的后续热处理还没有深入的研究，而针对激光金属成形DZ125L后续热处理方面鲜见报道，研究讨论了5种不同的激光金属成形DZ125L后热处理工艺件的组织特征及硬度分布。

　　1　实验

　　1.1　实验设备及实验材料

　　实验是在自主开发的激光金属成形系统(如图1所示)上进行的，保护箱内通氩气，用以保护熔池不被氧化。实验所用DZ125L粉末为中科院金属研究所开发的超声气体雾化粉末，粉末粒度为(-100～+325)目;基板材料为316L不锈钢，化学成分分别见表1和表2。

　　实验步骤实验前将粉末置于真空干燥箱中加热150℃，保温24h;基板用砂纸打磨，并用丙酮和酒精清洗。根据表3所示工艺参数制备试样。根据铸造标准热处理工艺(均匀化处理1220℃/2h，氩冷→固溶处理1080℃/4h，氩冷→时效处理900℃/16h，氩冷)制定不同试样热处理处理方案，见表4。实验后使用线切割切取试样，并清洗、镶嵌、抛光、腐蚀(腐蚀剂20g   uSO4·5H2O+5mL   2SO4+50mL  Cl+100mL   2O)。采用光学显微镜(KEYENCE　VH-8000)，扫描电子显微镜(QUANTA-400F)以及成分分析仪，XRD设备(D/max2400)观察和分析试样。使用MH-5型显微硬度计(维氏压头)分别测量试样的显微硬度，载荷200g，加载时间20s。