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CN112676577B - 一种镍基合金复层材料的点阵结构 - Google Patents

一种镍基合金复层材料的点阵结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镍基合金复层材料的点阵结构及其制备方法，点阵结构是由韧性好的IN625合金做为结点，强度高的IN718合金做为网格枝干，激光交替扫描最终打印出综合性能优异IN718和IN625镍基合金复层材料。所述制备方法包括如下步骤：首先使用配置的金属清洗剂对IN718和IN625合金粉进行除油防锈润湿的预处理；然后根据不同材料分布的位置采用不同的工艺参数SLM成形镍基合金复层材料。之后对复层材料实施固溶+单级时效的新型热处理制度。热处理后IN718和IN625镍基合金复层材料的组织形貌可以清晰地观察到不同层间界面冶金结合较好，IN625合金层有退火孪晶生成，韧性得到提高，IN718合金层强化相弥散析出则保证了强度。

Description

一种镍基合金复层材料的点阵结构
技术领域
本发明涉及选择性激光熔化（SLM）成形一种镍基高温合金复层材料方法，具体是一种包括Inconel 718和Inconel 625分层梯度结构材料的SLM成形方法和热处理工艺，特别提供了一种镍基合金复层材料的点阵结构。
背景技术
镍基高温合金是应用于高温环境中范围最广、强度较大的一类合金。其中，Inconel 625（IN625）镍基高温合金具有耐热腐蚀性能，且韧性较好，但强度较低。Inconel718（IN718）镍基高温合金具有析出强化的特点，合金中Ti、Al、Nb元素可形成沉淀相，使合金在高温下保持良好的机械强度与耐蚀性能，但韧性较差。
正是由于IN718和IN625镍基高温合金之间的性能优势可相互补充各自的劣势，如果将它们以层状结构叠加起来组合形成一种新的镍基合金复层材料，既弥补IN625合金强度不高，IN718合金韧性不足之处，又使复层材料表现出超越单一组分材料的双重性能，有效提高合金整体综合力学性能。而SLM成形技术是实现上述复层材料设计的极具潜力的方式之一，利用SLM成形一种IN718和IN625镍基复层材料并对其进行热处理，不仅可以解决其他方法无法成形的复杂结构复层材料的问题，还通过热处理控制了有益组织及弥散强化相析出，使得复层材料表现出更突出的力学性能。
发明内容
本发明提供了一种镍基合金复层材料的点阵结构，解决了现有IN625合金强度不高，IN718合金韧性不足之处，又使复层材料表现出超越单一组分材料的双重性能，有效提高合金整体综合力学性能等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种镍基合金复层材料的点阵结构，所述的点阵结构由若干基本单元体组成，所述的基本单元体是由8根长度为1.96mm，直径为0.3mm的圆柱枝干组合而成，两根圆柱枝干以70°的夹角形成V型结构，四个 V型结构的一端点固定在一起形成一交叉结点部分，四个V型结构的另一端点固定在一起形成另一个交叉结点部分，最终整体形成八面体结构，圆柱枝干的主体由IN718镍基合金铺设成，圆柱枝干的交叉结点部分由IN625镍基合金材料铺设成。
有益效果：
本发明的镍基合金复层材料的点阵结构，与传统成形单一镍基高温合金相比复层材料的强度、刚度以及韧性都有所提高，金相照片观察到IN718和IN625两种镍基高温合金梯度界面保持了良好的冶金结合。这种层间结构设计运用到点阵结构上能够大大改善零件的力学性能，尤其在特殊的网格节点位置韧性得到加强，从而有效提高零件的强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明设计的SLM成形镍基合金复层材料新型点阵结构的立体图；
图2是本发明设计的SLM成形镍基合金复层材料新型点阵结构的正视图；
图3是本发明设计的SLM成形镍基合金复层材料新型点阵结构的结构分布图；
图4是本发明设计的SLM成形镍基合金复层材料新型点阵结构的八面体单元点阵图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1-4所示，一种镍基合金复层材料的点阵结构，图中基本单元体是八面体结构，每个八面体结构是由8根长度为1.96mm，直径为0.3mm的圆柱枝干分别以70°的角度组合而成，所述的点阵结构由若干基本单元体组成，所述的基本单元体是由8根长度为1.96mm，直径为0.3mm的圆柱枝干组合而成，每两根圆柱枝干以70°的夹角形成V型结构，四个 V型结构的一端点固定在一起形成一交叉结点部分，四个 V型结构的另一端点固定在一起形成另一个交叉结点部分，最终整体形成八面体结构，圆柱枝干的主体由IN718镍基合金铺设成，圆柱枝干的交叉结点部分由IN625镍基合金材料铺设成。
一种镍基合金复层材料的点阵结构，倾斜角度为70°的网格枝干主体需要强度高的IN718镍基合金铺设成形保证结构强度，抵抗外部施加载荷的冲击作用；4根圆柱交接的结点部分需要韧性好的IN625镍基合金材料铺设成形从而增强韧性，减缓多孔结构承受外部载荷时的应力集中而不至于在结点处断裂。点阵结构具体尺寸长×宽×高为19.8mm×19.8mm×29.0mm，从点阵结构的正视图中看出，其A和C区域梯度厚度为0.84mm，均为网格结点部分，与层间结构分布图中显示出的白色区域相同，此区域使用韧性较好的IN625镍基合金铺粉层；而B区域层厚为2.29mm，包括两层网格枝干梯度层和结点梯度层的总和，计算得到网格枝干梯度层厚度为0.72mm，此区域使用IN718镍基合金铺粉层。合理的层间结构材料分布最终使成形的IN718和IN625镍基合金复层点阵结构试样能够协同发挥出两种镍基合金的强度和韧性优势，实现更优异的力学性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种镍基合金复层材料的点阵结构，其特征在于：所述的点阵结构由若干基本单元体组成，所述的基本单元体是由8根长度为1.96mm，直径为0.3mm的圆柱枝干组合而成，两根圆柱枝干以70°的夹角形成V型结构，四个 V型结构的一端点固定在一起形成一交叉结点部分，四个 V型结构的另一端点固定在一起形成另一个交叉结点部分，最终整体形成八面体结构，圆柱枝干的主体由IN718镍基合金铺设成，圆柱枝干的交叉结点部分由IN625镍基合金材料铺设成。
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