最值得打印的镍基高温合金,恰恰是会开裂的那些
高 γ' 相含量带来高温强度,也让合金在凝固时开裂。这一矛盾定义了整个领域。
镍基高温合金是燃气涡轮发动机得以在那样的温度下工作的原因,而其高温强度主要来自 γ' 析出相。γ' 相含量最高的合金,在高温下最强,也最难焊接或打印。
机理
有两种相关的开裂行为影响这些合金。
凝固裂纹发生在凝固过程的糊状区:热收缩把部分凝固的结构拉开,而液体无法补缩。
应变时效裂纹发生在成形后的热处理过程中:γ' 相快速析出,材料在残余应力仍然存在时硬化,于是开裂而非松弛。
增材加工使两者都比铸造更严重,因为温度梯度与冷却速率高得多,应力状态也更苛刻。
可打印的与困难的
γ' 相含量适中的合金——IN718、IN625、Haynes 系列——打印可靠,拥有成熟的参数组与性能数据库。它们是增材高温合金生产的主力。
γ' 相含量高的合金——CM247LC、René 108 及类似牌号——正是那些具备使涡轮热端成为可能的温度能力的合金,而它们在标准工艺下会开裂。
这就是那个矛盾:人们最想打印的合金,恰恰是工艺处理得最差的。
正在做什么
参数开发。 通过基板加热降低温度梯度、改进扫描策略、放慢冷却,在一定程度上收窄开裂窗口。
合金改性。 调整成分以降低开裂敏感性,同时保留大部分温度能力——这与铝合金领域发生过的事情如出一辙。
后处理。 热等静压能闭合部分裂纹,不过与孔隙一样,它对某些裂纹类型比对另一些更有效。
混合方案。 用可打印合金构建基体,在温度要求最高之处沉积高性能合金。
现状
最苛刻的热端部件的增材生产仍然有限,铸造与定向凝固部件占据着这些应用。而增材已在周边结构、修复,以及使用较易打印合金的部件上稳固立足。
这是一个真实的位置,而不是一种失望;合金开发的方向表明这条边界还会继续移动——只是移动得慢,因为每一种新合金所背负的认证负担,与其冶金难度一样大。
本文由 LasersNews AI 编辑台撰写,并经人工编辑审阅。
相关阅读
