3D打印|一种用于3D打印的新型铝成形高温合金（1）( 二 ) 抗氧化|软件|机械|互联网医疗

仔细观察XZ横截面沿整个样品高度揭示了S-EBM制造的零件的典型特征。特别是发现柱状晶粒沿构建方向沿多层外延生长，这也与热梯度的主方向相对应，如上图a所示。图b显示了沿z方向不同位置获得的EBSD图，并证实了这些观测结果。 EBSD图还显示，试样具有较强的织构，呈现出定向凝固镍基高温合金典型的纤维织构，即择优生长的<001>在XY平面上沿着Z方向和随机方向。在不同尺度上观察到显著的微观结构非均质性。在晶粒尺度上，柱状晶粒宽度沿构建方向的梯度在图3b中很容易看到。
柱状晶粒的宽度从Z = 1 mm处的~ 30 μm略微增加到Z = 10 mm处的~ 150 μm 。随着试样高度的进一步增加，柱状晶粒宽度显著增加，在Z = 25 mm时，柱状晶粒宽度约为1 mm 。相反，晶界密度从下到上逐渐减小，如下图a所示。在晶粒内部， γ′析出相的尺寸发生了显著变化，如上图、下图b所示。注意在上图所示的EBSD地图和BSE-SEM图片不一定是在同一位置因为粮食和沉淀大小进化不发生在同一位置沿z一般观察是γ的大小的沉淀越来越从上到下的标本。
特别是靠近顶部(Z = 29 mm)的γ′析出相尺寸为100±20 nm 。在Z = 25 mm处， γ′析出相的尺寸急剧增大，约为500 nm±100 nm ，在Z = 5 mm处，约为600 nm±100 nm 。这种析出相尺寸梯度也与硬度剖面沿着构建方向进行一致，见下图b 。正如预期的那样，在Z = 29 mm(即顶面以下1 mm)处发现了最大硬度(490 HV) ，析出相呈现出最小的观测尺寸，而在Z = 0-27 mm处测量到的硬度在400 HV左右相当恒定。下图c中显示的硬度图也与之前报道的结果一致，显示在每个z位置的硬度是相对均匀的。有时观察到低硬度值，必须与裂纹或气孔等缺陷的存在联系起来。
(a)柱状晶粒宽度和晶界密度沿构建方向(z方向)的演化。 (b)硬度和γ′尺寸沿构建方向(z方向)的演化。 (c)从立方体样本的中心区域提取XZ截面上的硬度图。
然而，随着燃气轮机需要更高的操作温度以获得更高的热效率，需要更高的γ′分数增材制造(AM)高温合金，并确实正在开发。这类合金被称为铝形成高温合金，因为在1000°C以上的工作温度下，铝被用来形成保护垢。在这些温度下的抗氧化性是长期使用的限制因素之一。在这些条件下，色度刻度是不稳定的，保护作用较弱，挥发和散裂失效，因此无法提供预期的环境抗性。高温合金的氧化性能可以通过结垢元素(如Al或Cr[21
)的活性来估计。此外，还采用了强度、抗蠕变性能、AM加工性能、密度和成本等设计指标。采用ABD框架结构提出的复合材料，经熔模铸造、粉末冶金和AM等高温合金工艺验证。
在本研究中，我们研究了一种用于高温应用的新型高温合金的加工和性能。三个不同的属性被考虑:激光-粉末床熔合(L-PBF)的加工性能，热处理响应和最后的氧化和机械行为。通过这种方式，一个处理/属性关系的整体图就建立起来了。我们使用基准合金CM247LC ，这是一种广泛使用的传统合金，通常使用常规熔模铸造加工。它也是一种铝形成高温合金，但含有更高的γ′分数比新合金检查在这里。并与CM247LC合金的性能进行了比较。与这些材料的预期应用相一致，高温性能特别强调在蠕变和氧化;同时还考虑了非热态下的低温强度。
2. 实验方法
2．1．合金成分及原料
研究了一种用于增材制造的新型镍基高温合金。该合金采用设计合金(ABD)方法设计，允许各种性能权衡的多目标优化。这种合金设计方法的全面描述可以在中找到。在这种情况下，考虑了L-PBF的加工性能、抗蠕变性能、抗氧化性能、预测的最大理论强度和密度。