激光立体成形GH4169动态压缩力学行为研究

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GH4169合金凭借其较高的高温强度,良好的疲劳、持久和蠕变性能,优异的加工和焊接性能,被广泛应用于航空、航天、核能及动力等国防重要领域。激光立体成形技术作为一种以进行高性能复杂结构金属零部件的无模具、快速、全致密和近净成形为目的的先进材料制备技术,在近二十多年发展迅速,在金属制造领域具有良好的应用前景。本文以激光立体成形(Laser Solid Forming,LSF)GH4169合金为研究对象,采用试验研究和理论分析相结合的方法,综合考虑激光立体成形技术带来的各种原始制造缺陷问题,研究了其在不同应变率(0.001~5000/s)和温度(298K~1273K)下的压缩力学行为。本文的主要研究内容如下:  1、首先,运用激光立体成形技术通过控制不同的工艺参数制备出具有不同微观组织和原始制造缺陷的LSF GH4169合金;然后,分别采用GH4169合金的直接时效处理和标准热处理工艺对材料进行热处理;最后,利用金相显微镜和扫描电子显微镜对不同制备工艺参数和热处理状态的材料进行微观组织分析和原始制造缺陷统计。  2、利用电子万能试验机、分离式Hopkinson压杆装置测试了不同制备工艺参数和热处理方法的LSF GH4169合金在不同应变率(0.001~5000/s)下的压缩力学性能。发现沉积态和热处理态下的LSF GH4169合金在不同应变率下的压缩屈服强度与合金的枝晶一次间距近似呈现负线性关系。沉积态和经过直接时效处理的LSF GH41469由于其具有沿沉积方向(Z方向)外延生长的粗大柱状晶组织,压缩力学性能具有明显的各向异性,垂直沉积方向上的压缩流动应力大于沿沉积方向,经过标准热处理后的LSF GH4169合金的微观组织和压缩力学各向异性均被消除。  3、由于经过直接时效处理的LSF GH4169合金在一定的温度范围内出现了流动应力随温度变化的反常现象(第三类应变时效),选用一种基于物理概念的本构模型,并且利用正态分布描述这种反常现象,拟合出相应的模型参数,为相关数值模拟研究提供参考依据。  4、利用金相显微镜和扫描电子显微镜对压缩后的LSF GH4169合金进行微观组织分析、裂纹和断口形貌分析。发现当不存在明显的宏观缺陷时,准静态压缩裂纹主要为沿枝晶壁扩展的剪切裂纹,而动态压缩下是沿枝晶壁和穿晶的混合型剪切裂纹。当存在有缩松、液化裂纹或气孔等宏观原始制造缺陷时,压缩裂纹多从缺陷处萌生、转折和扩展,各类原始制造缺陷降低了材料的动态压缩强度,对LSF GH4169合金的抗冲击性能产生不良影响。
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