【摘 要】
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镍基高温合金是高温合金重要组成部分,在650～1000℃范围内具有较高的高温强度、耐腐蚀性能和优异的高温抗疲劳性能。Inconel718高温合金具有更加良好的高温性能,SLM技术特别适合成形形状复杂的航空高温合金零部件,因此,进行基于SLM成形的Inconel718镍基高温合金超高周疲劳断裂机理研究,对促进Inconel718镍基高温合金的工程应用具有重要意义。本文以SLM成形Inconel718
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镍基高温合金是高温合金重要组成部分,在650～1000℃范围内具有较高的高温强度、耐腐蚀性能和优异的高温抗疲劳性能。Inconel718高温合金具有更加良好的高温性能,SLM技术特别适合成形形状复杂的航空高温合金零部件,因此,进行基于SLM成形的Inconel718镍基高温合金超高周疲劳断裂机理研究,对促进Inconel718镍基高温合金的工程应用具有重要意义。本文以SLM成形Inconel718高温合金为研究对象,从影响材料疲劳性能的微观组织、显微硬度及拉伸强度等因素出发,采用OM、SEM和EBSD等先进材料分析手段,观测了SLM成形及锻造IN718高温合金的微观组织、晶粒尺寸、析出相分布和形态、高角度晶界等;进行了SLM成形及锻造IN718试件室温及高温的超声疲劳试验,分析了疲劳断裂特性,探讨了高温试件内部缺陷及微观组织不连续对其疲劳行为的影响。研究结果表明,（1）SLM试样比锻造试样的晶粒尺寸更大且更不均匀。SLM合金晶界处有大量的Laves及δ相,微观组织为大量细小的胞状晶结构,且具有较少的高角度晶界。热处理后SLM成形试样的硬度显著提高,且纵向截面比横向截面的硬度要高。SLM成形试样在室温及高温下的抗拉强度均高于锻造试样,但延伸率较低。（2）常温下,SLM与锻造合金的S-N曲线均呈现“阶梯状”,且SLM成形试样的裂纹萌生位置与疲劳寿命明显相关,当寿命在105-107周次之间时,裂纹均萌生于表面,超过107周次时大多萌生于内部。SLM成形试样起裂于表面的断裂失效模式均为表面滑移,而起裂于内部的裂纹源均为圆形匙孔。锻造试样试样裂纹萌生的模式为表面滑移、表面解理及内部解理。（3）高温下,SLM试样的S-N曲线呈现“双线形”,锻造试样的S-N曲线呈现“阶梯状”。SLM成形及锻造试样的裂纹萌生的位置均与寿命相关,SLM试样寿命在108周次以下时,裂纹主要萌生于表面,超过108周次时,主要萌生于内部;而锻造试样寿命在105-107周次之间时裂纹均萌生于表面,超过107周次时均萌生于试件内部。当寿命小于108周次时,SLM和锻造试件的疲劳性能相似;当寿命在108周次以上时SLM试样的疲劳性能要稍差一些,且裂纹源头为内部缺陷和微观组织不连续区域。锻造试样在高温疲劳过程中晶界处析出了更多的Laves和δ相作为潜在的疲劳裂纹源,同时具有更多的大角度晶界和孪晶界,减缓了微裂纹的扩展,因此高温下超高周疲劳阶段锻造试样比SLM试样的疲劳性能略好一些。（4）SLM成形合金,寿命在108周次以下时室温与高温具有相似的疲劳性能;在108周次以上时,常温比高温疲劳性能要好,且随着寿命的增加差异越明显。高温环境对SLM成形IN718合金疲劳性能的影响主要通过以下途径:晶界上形成的δ相和Laves相造成晶界脆化,导致更容易产生沿晶断裂;碳化物及氧元素会促进裂纹源形成,加速裂纹扩展,甚至引发二次裂纹形成;高温下微观组织不连续主导了超高周疲劳阶段的疲劳行为。
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