K418、K418B沉淀强化镍基高温合金

1. 引言

K418合金是1970年代在中国开发的沉淀强化镍基高温合金。已广泛应用于航空发动机、热端涡轮增压器叶轮、汽车、船舶建筑等。由于其优异的机械性能和高温抗氧化性，K418在很宽的温度范围内表现出良好的综合性能以及良好的结构稳定性和可靠性[1]。然而，由于刀具磨损过大、切削温度高、塑性变形大、加工硬化易、材料去除率低，很难在室温下用常规方法加工合金。在大多数情况下，所应用的K418组件形状非常复杂，具有迷宫般的内腔、薄壁复杂表面或悬垂结构，因此很难通过单一的常规方法制造[2]。近年来，选择性激光熔化（SLM）被认为是复杂金属部件最有效的粉末增材制造（AM）方法之一。SLM允许制造传统制造方法难以或不可能实现的任何复杂组件[3]。此外，由于SLM过程中极高的温度梯度和冷却速率，熔池中的液态金属以10 5–108K/秒。因此，与铸件[4]、[5]、[6]、[7]相比，大多数SLM加工部件都具有精细的微观结构和优越的机械性能。因此，在SLM过程中，通过使用优化的工艺参数，可以获得具有优异机械性能的全致密零件[8]，[9]。

在SLM过程中，高温梯度导致柱状晶粒在建筑方向上优先外延生长，从而产生特定的微观结构和纹理，从而决定了最终零件的各向异性力学性能[10]，[11]。因此，了解K418组分SLM过程中各向异性微观结构的表征和相应的拉伸行为非常重要。目前，关于镍基高温合金SLM工艺的研究大多，如Inconel 718 [12]、[13]、Inconel 625 [14]、Waspaloy [15]、Hastelloy-X [16]和IN738LC [17]，主要集中在工艺参数对显微组织和性能的影响，以及热处理对显微结构和性能的影响。然而，关于SLM过程中层层堆积导致的微观结构各向异性行为的研究很少，对K418的SLM过程的研究尚未报道。

本研究采用SLM制备K418样品，采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）等手段研究了横向和垂直样品的微观结构和织构特征。然后分析了微观结构的各向异性行为和宏观性质。研究结果为制造具有理想微观结构的合金最终零件提供了实验指导。

2. 材料与实验

本研究使用的K418合金粉末由中国北京AMC粉末冶金技术有限公司供应，采用气体雾化生产。合金粉末的化学成分为0.12C-6.2Al-12.5Cr-4.3Mo-0.7Ti-2.1 Nb-1.0Fe-0.014B-Ni。粉末形貌和粒度分布如图1所示，表明合金粉末在SLM过程中总体上具有良好的球形度和合理的流动性，使其在铺展平稳。使用激光衍射粒度分析仪（Sympatec GmnH，HELOS H3185，德国）测量粉末的粒度分布。如图1（b）所示，粉末的粒径在10~80 μm范围内，平均粒径为28.59 μm。

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图 1

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