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江苏激光联盟导读：
本文探讨了电磁搅拌控制激光固态成形Inconel 718高温合金的组织和机械性能 。
激光固相成形Inconel718高温合金工件中粗大的柱状晶粒和特殊的界面严重影响了工件的机械性能 。 为提高合金的组织和机械性能 ， 采用电磁搅拌(EMS)技术改变合金熔池的凝固过程 。 结果表明:EMS不能完全消除外延生长的柱状晶 ， 但液态金属的强对流可以有效地影响固液界面生长模式 。 合金元素在固液界面前缘的偏析受到抑制 ， 整体过冷度相应降低 。 对比不同工艺参数下形成的试样的显微组织 ， 发现随着磁场强度的增加 ， 枝晶间形成的γ+Laves共晶相的尺寸和数量减小 ， 合金元素分布更加均匀 。 残余应力分布更加均匀 ， 有利于再结晶后晶粒的细化 。 机械性能测试结果表明 ， 使用EMS后 ， 抗拉强度提高了100 MPa ， 延伸率提高了22% 。 合金的室温高周疲劳性能也从沉积态的4.09 × 104循环提高到8.21 × 104循环 ， 热处理态的5.45 × 104循环提高到12.73 × 104循环 。
1.介绍
激光固体成形(Laser solid forming LSF)是一种以激光束为热源 ， 在重建程序的控制下逐层熔化粉末并形成金属结构的增材制造技术 。 与传统的材料制造工艺如铸造、锻造、焊接等不同 ， LSF可以自由、快速地制造复杂的结构 ， 而且所制造的材料结构致密 ， 机械性能优异 。 以LSFed Inconel 718高温合金试样为例 ， 证明其拉伸性能优于工程应用的锻造标准 。 然而 ， LSFed Inconel 718高温合金试样在热处理后仍存在较大的柱状晶粒 ， 且柱状晶粒分布不均匀 ， 导致其疲劳性能偏低 ， 不能满足航空航天行业的实际应用 。 因此 ， 近年来LSF技术在高温合金组织制造中的应用受到了限制 。
电磁搅拌(EMS)通过改变液态金属在熔池中的凝固行为 ， 成功地应用于焊接过程中 ， 以减少冶金缺陷和变形 。 Kern等人研究了激光焊接中磁搅拌的影响 ， 他们发现磁流体动机械机制的利用使熔体流动“层叠化”和改变熔池中的速度分布成为可能 。 在熔池液态金属的凝固行为LSF具有类似的特征与焊接过程相比所以电磁搅拌和激光固体形成的组合能给一个新的解决方案来提高LSF样品的微观结构和力学性能 。 Qin 等研究了磁场搅拌对钛合金激光金属沉积的影响 ， 发现旋转磁场增强了熔池中的对流 ， 提高了熔池的冷却速度 ， 使熔池的显微组织更精细 ， 机械性能更好 。 Yu 等报道了电磁搅拌在激光熔覆钢基WC/Co层上的应用 。 结果表明:在电磁场的搅拌作用下 ， 熔覆层无气孔和裂纹;为了改善LSFed Inconel 718高温合金的显微组织 ， Yu等在LSF处理中加入旋转磁场 ， 发现电磁搅拌能有效影响枝晶间区γ+Laves共晶相的形成 ， 提高LSFed材料的显微硬度 。
500oC时接收和再结晶k掺杂W棒轴向疲劳寿命 。 也绘制了Schmunk等人在815℃和1232℃沿轧制方向接收和再结晶的W板 。
在聚变反应堆的运行过程中 ， 分流器将受到高通量等离子体和中子辐照的循环头负荷 。 结果表明 ， W材料的熔融再结晶开裂和塑性/蠕变变形可能导致转炉热力学性能的退化 。 虽然导流器材料最重要的机械性能之一是疲劳性能 ， 但关于W材料的疲劳寿命实验数据非常有限 。 上图为掺k W棒与常规热轧纯W板的低周疲劳寿命 。 在高应变条件下 ， 再结晶k掺杂W棒材(900°C 0.33 h)的疲劳寿命与纯W棒材相似 ， 而在低应变条件下 ， k掺杂W棒材的疲劳寿命较长 。 再结晶k掺杂W棒材的疲劳寿命比纯再结晶W棒材的疲劳寿命长 。
本文将电磁搅拌引入Inconel718高温合金的LSF中 ， 对熔敷态和热处理态试样的组织、拉伸性能和高周疲劳性能进行了实验研究 。 目的是优化LSFed Inconel 718高温合金的组织和机械性能 。
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