关键词：
冷金属过渡
镍基高温合金
电弧增材
热处理
摘要：
Inconel 625合金是一种FCC面心立方结构的固溶强化型镍基高温合金,广泛应用于燃汽轮机、航空发动机、核动力设备等高温热端部件。在恶劣的工作环境下,热端部件受到冲击、磨损、高温侵蚀和交变应力的作用易产生烧蚀、热裂纹、断裂等损伤,直接影响装备的服役安全。因此,对损伤的高温合金零部件进行修复以恢复其尺寸和服役性能是目前亟待解决的问题。基于增材制造技术发展起来的增材修复技术,可在受损零件原有的基础上进行增材成形,能够极大的节约生产、加工成本,缩短生产周期,延长零件的使用寿命。其中,冷金属过渡（CMT,Cold Metal Transfer）电弧增材修复技术具有热输入小、成形效率高等优点,可以降低传统熔化极电弧增材过程因热输入过大而造成的沉积组织粗大、合金元素严重偏析的缺点。因此,CMT电弧增材工艺有望用于镍基高温合金增材修复以获得更佳的修复质量。鉴于此,本课题采用CMT电弧增材修复技术在Inconel 625基体上进行增材修复试验,研究了不同的工艺参数、层间冷却温度、沉积路径以及热处理工艺对沉积层组织与性能的影响规律,为Inconel 625合金CMT电弧增材修复及强化后处理工艺调控提供参考依据。（1）研究了不同工艺参数对CMT电弧增材单道单层熔覆层组织与性能的影响,结果表明CMT电弧增材对Inconel 625合金具有良好的工艺匹配性。熔覆组织主要逆热流生长的γ-Ni树枝晶组成,同时存在因成分偏析形成的Laves相和细小的MC型碳化物颗粒相。焊接速度和送丝速度对熔覆层的宏观尺寸和显微组织具有重要的影响,随着焊接速度的增加,熔覆层的熔宽、熔深和余高减小;随着送丝速度的提高,熔覆层的熔宽、熔深、润湿角和余高系数变大,送丝速度对熔覆层的铺展性影响显著。热输入的减小能使熔覆层组织更加致密从而提高熔覆层的硬度。用成分过冷理论对熔覆组织形貌和枝晶尺寸进行分析,熔覆层组织主要与温度梯度G和凝固速率R有关,G/R决定了凝固组织的结晶形态,G×R决定了凝固组织的大小。最终,得到了CMT电弧增材Inconel 625合金的最佳工艺参数区间为焊接速度7-10 mm/s,送丝速度7-8 m/min。（2）研究了不同层间冷却温度对CMT电弧增材成形直壁墙组织与性能的影响。设置层间冷却相较于无层间冷却沉积的直壁墙表面更加光滑,有更少的缺陷,组织更加均匀。直壁墙的力学性能存在明显的“各向异性”,拉伸试验表明沿树枝晶生长方向呈现“低强度、高塑性”的特点,直壁墙横向最高抗拉强度为637.9 MPa,最大延伸率为51.9%,纵向抗拉强度为623.2 MPa,最大延伸率为59.9%。（3）研究了往复和交叉沉积路径对CMT电弧增材块体组织与性能的影响。交叉沉积路径得到的块体表面美观,基板变形小。拉伸试验表明,垂直于往复焊接方向具有最高的抗拉强度为801.8 MPa,而交叉沉积路径沉积层力学性能更为均匀,抗拉强度为762.2MPa。（4）研究了固溶、时效、固溶+时效三种热处理工艺对块体增材组织和性能的影响,重点分析了增材组织在热处理过程中析出相的演变机制,包括Laves相的溶解机制、δ相的转化机制。Laves相的溶解主要受Nb原子的扩散过程控制,当固溶温度达到1100℃时,Laves相完全消失,沉积组织由树枝晶转变为等轴晶;δ相的析出主要由基体中γ〞相的转化和富Nb相的溶解,包括Laves相的溶解和富Nb碳化物溶解发生MC+γ→M23C6+δ反应。时效热处理对CMT电弧增材组织的性能的提升最为明显,热处理后沉积组织硬度最高为271.1 HV0.5,抗拉强度最高为934.6 MPa,相较于沉积态合金硬度提高了45.4 HV0.5,抗拉强度提高了172.4 MPa。
欢迎来到三峡大学图书馆！
