激光快速成形Rene88DT高温合金开裂机理研究
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２实验
２．１ 实验设备 实验是在西北工业大学凝固技术国家重点实验室
收稿日期：２００５一１２．０８ 基金项目：国家自然科学基金重点项目（５０３３１０１０）及国家自然科学基金（５０４０５０３８和５０２０ｌＯｌ２）的资助 作者简介：赵晓明，男，１９８０年生，博士研究生，西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安７ｌ００７２，电话：０２９—８８４９３９４０．８０３ｌ
７（３，４，５区）、枝晶间析出物如图７（６区）及裂纹 断面如图６（１，２区）进行了能谱分析，结果如表３ 所示。表明裂纹断面的Ａｌ，Ｔｉ均高于枝晶干内部的 Ａｌ，Ｔｉ的含量。枝晶间白色块状物为碳化物。Ｒｅｎｅ８８ ＤＴ为，，’沉淀强化型镍基高温合金，凝固过程中首先形 成单相镍基固溶体。由于在凝固过程中固液界面前沿 不断排出溶质元素，因此枝晶间剩余的液相中富集 Ａｌ，Ｔｉ等，，’（Ｎｉ３Ａ１Ｔｉ）相形成元素，造成元素的偏析， 使得凝固时，这些剩余液相达到共晶成分，进而发生 液相到ｙ／ｙ ７共晶反应，在枝晶问形成低熔点ｙ／ｙ’共晶。 激光快速成形过程中，沉积当前层时，已经凝固的前 一层沉积层经受再热循环，晶界处的ｙ／ｙ，ｆ氐熔共晶发 生液化形成晶间液膜，在随沉积过程进行而逐渐增大 的残余拉伸应力的作用下被拉开，形成液化裂纹。
摘 要：采用微观测试分析方法对沉淀增强型镍基高温合金Ｒｅｎｅ８８ＤＴ激光快速成形裂纹产生机理进行了研究。发现裂
纹为液化裂纹，具有典型的沿晶开裂特征。激光快速成形过程中，沉积当前层时，已经凝固的前一层沉积层经受再热
循环，晶界处的ｙ／ｙ’低熔共晶发生液化，在随沉积过程进行而逐渐增大的残余拉伸应力的作用下被拉开，形成液化裂
在４５“钢基材上进行多道多层裂纹实验，制备几 何尺寸为６０ ｍｍ×１５ ｍｍｘｌ５ ｍｍ的块状试样。在ＤＤ３ 单晶基材上制备几何尺寸为２５ ｍｍ×１５ ｍｍ×１５ ｍｍ块 样。激光快速成形工艺参数见表２。实验过程中金属 粉末由自动送粉器送出，经侧向送粉喷嘴送进到激光 熔池中，载粉气体为纯氩，激光熔池保护气体为纯氩。 块状试样经线切割、打磨抛光后制成金相试样，在光 学显微镜下对裂纹进行观察，采用ＤＴＰ．５探伤剂喷涂 后显示裂纹的宏观形貌。将裂纹断面打开后，采用 ＨＩＴＡＣＨＩ Ｓ．５７０扫描电镜观察断面特征，并对不同部 位进行能谱分析。
第２期
赵晓明等：激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金开裂机理研究
·２１９·
化，进而有利于横向枝晶的生长，这样，生长方向偏 离沉积方向一定角度的枝晶在搭接区交汇，由于此处 基本处于熔池顶部，冷却速度较低，组织较为粗大， 且此处的应力条件较为复杂，使得该区域成为开裂的 敏感区域。
Ｔｉ
Ｃｒ
Ｃｏ
３．２６ ２．３６ ５．９７ １４．７３ １１．５６
３．１９ ２．０８ ５．１９ １６．１９ １２．１６
３．３３ １．７１ ２．９４ １６．１０ １２．６８
３．０９ ６．５１ １４．１２
２．０６ １．８０ ５．２ｌ
２．８５ ２．６７ １９．９８
１５．８４ １５．７８ １１．１３
１２．９８ １２．８３ ７．８７
粉末冶金涡轮盘技术是目前发达国家先进航空发 动机涡轮盘的主要制备技术，但我国仍在研究阶段， 还有一些重要的技术瓶颈尚未突破。激光快速成形是 制备高性能高温合金零件的一种很有发展前景的先进 新技术，该技术应用于Ｒｅｎｅ８８ＤＴ等高温难变形涡轮 盘用高温合金的成形，具有显著提高材料利用率、缩 短加工周期、降低制造成本、无需大吨位的挤压机、 全封闭的等温锻造设备以及铝基高温合金模具等潜 在的技术优势，能够为高推比发动机中涡轮盘等关键 零件的研制和开发在成形方法上提供一种新的技术 途径。
图５裂纹断面低倍组织照片×５０ Ｆｉｇ．５ Ｍａｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ ｏｆ ｆ｝ａｃｋ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ
断面高倍形貌照片（图６）显示晶界面相当圆滑，存 在树枝状突起，并且可以观察到树枝晶突起发生了明 显的液化，因此裂纹断面呈现大小不一的土豆状，表 明是晶间液膜分离的结果，是典型的液化裂纹。裂纹 并不出现在块状试样表面，也就是在沉积当前层时未 出现开裂现象，表明裂纹不是产生于固液两相凝固区 间。图７为试样纵截面高倍组织照片。对枝晶干如图
纹。激光成形件组织具有典型的外延柱状生长特点，沉积层底部为近似平行于沉积方向的细长枝晶，其顶部由于热流
方向改变枝晶发生转向，在沉积下一层时，道与道之间的搭接区容易存在转向枝晶未熔的区域，因此生长方向偏离沉
积方向一定角度的枝晶在搭接区交汇形成晶界，使得该区域成为开裂的敏感区域。柱状枝晶的晶界沿层与层之间具有
共晶在固液两相区晶界处形成液膜，在热应力和凝固 收缩应力的作用下被拉开形成裂纹。Ｎ．ｗａｎｇ【２】等认 为：对于高开裂敏感性的高温合金，在固液两相区， 当晶间夹角大于一临界值时，在晶间微应力的作用下 凝固裂纹就会出现。陈静［３】等对Ｒｅｎｅ９５高温合金的 激光快速成形工艺研究认为：裂纹是在凝固过程中， 固液两相区晶界处的残余液相受到熔覆层拉伸应力作 用所导致的液膜分离的结果。可见对于激光成形一些 常用的高温合金的裂纹，研究者大多认为是凝固裂纹。
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｒａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ １ Ｃｒａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ２ Ｄｅｎｄｒｉｔｅ ｔｍｎｋ３ Ｄｅｎｄｒｉｔｅ ｔｍｎｋ ４ Ｄｅｎｄｒｉｔｅ ｔｍｎｋ ５ Ｉｎｔｅｒｄｅｎｄｒｉｔｉｃ ｗｈｉｔｅ ｓｐｏｔ ６
表３能谱分析结果
１阻ｂＩｅ ３ ＥＤＳ ｒｅｓｕｌｔｓ（∞／％）
Ｃ
Ａｌ
第３６卷
图６裂纹断面高倍组织照片×２０００ Ｆｉｇ．６ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｆｒａｃｋ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ
图４纵截面裂纹的微观形貌照片 Ｆｉｇ．４ Ｍｉｃｒｏｐａｔｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ
图７试样纵截面的高倍组织照片×２０００ Ｆｉｇ．７ Ｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ
贯通的渠道，液化裂纹一旦形成就会沿晶界迅速扩展，因此裂纹大体沿道与道之间搭接区域发展。
关键词：激光快速成形；Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金；液化裂纹；搭接区；ｙ／ｙ’低熔共晶
中图法分类号：ＴＧｌ３２．３＋２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２．１８５ｘ（２００７）０２。０２１６一０５
１引言
激光快速成形技术是在快速原型技术和激光熔覆 技术的基础上于２０世纪９０年代中期出现并迅速发展 起来的一项先进制造技术，能够实现高性能复杂结构 致密金属零件的快速无模近终形制造。
图３搭接率对裂纹率的影响
Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｉｎｎｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｒａｔｅ
稀有金属材料与工程
３．２裂纹的形成机理分析 在光学显微镜下观察激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高
温合金块样与沉积方向垂直的截面（以下称纵截面） 上裂纹的微观形貌，如图４所示。发现大部分裂纹发 生在树枝晶晶界，具有典型的沿晶开裂特征。图５所 示为裂纹断面的低倍照片。具有沿晶开裂特征。裂纹
第３６卷 ２００７年
第２期 ２月
稀有金属材料与工程 ＲＡＲＥ ＭＥＴＡＬ～队ＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＥＮＧｎ呵ＥＥＲＩＮＧ
Ｖ０１．３６．ＮＯ．２ Ｆｅｂｍａｒｙ ２００７
激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金开裂机理研究
赵晓明，陈 静，何 飞，谭 华，黄卫东
（西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安７１００７２）
图ｌ 基材为４５。钢激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ块状试样照片 Ｆｉｇ．１ Ｌａｓｅｒ ｆｂｍｅｄ ｂｕｌｋ ｓａｍｐｌｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ
ｏｆ ４５ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ
图２激光成形块状试样横截面上的裂纹照片
Ｆｉｇ．２ Ｃｒａｃｋｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｆｂｒｍｅｄ
基材：４５”钢，几何尺寸为１２０ ｍｍ×５０ ｍｍ×８ ｍｍ。 ＤＤ３单晶基材，沉积面为（００１）晶面，几何尺寸为
３０ ｍｍ×１５ ｍｍ×３０ ｍｍ。
沉积材料：Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金粉末，粉末粒度 为７４“ｍ～１５０“ｍ，其名义化学成分见表１。在实验进 行之前，对此合金粉末在１５０℃左右进行真空烘干处 理，以除去粉末中所吸附的水分。同时用砂纸将基材 表面打磨后再用丙酮将沉积面清洗干净。
ｓａｍｐｌｅ：（ａ）ｍａｃｒｏｐａｔｔｅｍ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ（ｂ）ｍｉｃｒｏｐａｔｔｅｍ
ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
来自百度文库
表２激光快速成形工艺参数
！皇垒！！兰 竺！竺！！！！！竺曼已竺！！竺！！！！！竺！！竺！！！！兰已！璺！竺！竺！竺坚
器篇ｉ景罨器蒜 ｐｏｗｅｒ
／ｋＷ
ｓｐｅｅｄ ／ｍ·ｍｉｎ。１
目前粉末涡轮盘主要采用Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金， 这种合金在激光快速成形中也存在裂纹问题。关于 Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金的激光快速成形的开裂机理，还 未见研究报道。其它高温合金激光快速成形裂纹形成 机理的研究结论是否适用于Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金尚不 清楚。鉴于该合金在应用上的重要性，非常有必要对 其裂纹形成机理获得清晰准确的认识。为此，本文采 用微观测试分析方法，研究了激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ 高温合金的开裂行为，分析了裂纹的形成机理和影响 因素，为抑制和消除Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金激光快速成 形过程中产生的裂纹提供理论依据。
ｄｉａｍｅｔｅｒ ／ｍｍ
ｆｂｅｄ ｒａｔｅ ／ｇ·ｍｉｎ叫
ｇａｓ ｆｌｕｘ ／１．ｍｉｎｑ
．：．
ｑ
３结果与分析
３．１ 实验结果 在基材为４５８钢上激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合
金块状试样研究发现：（１）试样表面平整，表面没有
万方数据
●
ｇ 吕 ‘ 奄 葛 幺 ＿
Ｕ
皂 Ｕ
０ｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ Ｒａｔｅ／％
表１ Ｒｅｎｅ８８ＤＴ粉末名义化学成分＠／％）
塑垒！！！竺坠！巴！！苎！１２竺￡竺！！塑竺竺！竺！垦！呈！璺苎旦！Ｅ竺！壁！！！！１２羔
Ｃｒ Ｃｏ Ｗ Ｍｏ Ｔｉ
Ａｌ Ｎｂ
Ｃ
０
Ｎ Ｎｉ
１７ １４ ４．２
４
３．３ ２．２ Ｏ．７ Ｏ．０４ ０．０３ Ｏ．０２ Ｂａｌ
２．３ 激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ多层多道搭接裂纹 实验
钛合金激光快速成形零件已经在飞机关键结构件 的制造中获得应用，而一些常用的高温合金在激光快 速成形过程中易于出现裂纹等缺陷，成为影响其进入 应用的主要障碍。因此高温合金激光快速成形过程的 裂纹是制备高温合金零件亟待解决的关键问题。国内 外一些研究者对此进行了研究。钟敏霖…等对 Ｉｎｃｏｎｅｌ７３８高温合金的激光成形裂纹研究认为：ｙ／ｙ’
肉眼可见裂纹，如图１所示。（２）采用探伤剂喷涂块 样与沉积方向平行的截面（以下称横截面），发现裂纹 出现在道与道之间的搭接区，大体沿道与道之间平行 分布，如图２ａ所示。大尺寸裂纹贯穿多个沉积层，如 图２ｂ。（３）随沉积层数的增加，部分裂纹会愈合，形 成小尺寸（１００ ｕｍ～３００阻ｍ）的裂纹，而大部分裂纹将沿 搭接区继续扩展，发展为大尺寸（３ ｍｍ～１０ ｍｍ）的裂 纹。（４）对于分别采用２０％，３０％，４０％搭接率的块 状试样，发现随搭接率的增加，试样横截面单位面积 内裂纹长度（以下称之为裂纹率）呈减少趋势，如图 ３所示。对于５０％搭接率试样，由于搭接率过大，沉 积层表面不平整度增大，成形过程无法进行下去。
Ｎｉ ５５．４０ ５２．７６ ５４．３０ ５４．６７ ５２．０４ ３３．３０
Ｍｏ ３＿３７ ４．５３ ３．６３ ３．３５ ３．３１ ２．９９
Ｗ
３．３４ ３．８９ ５．３２ ５．１６ ５．０６ ５．４０
３．３裂纹的扩展及终止 激光快速成形过程中，道与道之间的搭接区位于
万方数据
激光熔池的边沿，热流方向趋向垂直沉积方向，使得 沿沉积方向纵向生长枝晶的约束热流条件发生重大变
万方数据
第２期
赵晓明等：激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金开裂机理研究
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建立的激光快速成形装备上完成的。该装备主要由４ 部分组成：包括ＲＳ ８５０型ｃ０２激光器、ＬＰＭ一４０８ 型四坐标数控工作台、ＤＰｓＦ一１型送粉器和侧向送粉 喷嘴。
采用ＨＩＴＡＣＨＩ Ｓ一５７０扫描电镜对裂纹断面进行 ＥＤｓ分析。利用光学显微镜观察裂纹形貌。 ２．２试验材料
２．１ 实验设备 实验是在西北工业大学凝固技术国家重点实验室
收稿日期：２００５一１２．０８ 基金项目：国家自然科学基金重点项目（５０３３１０１０）及国家自然科学基金（５０４０５０３８和５０２０ｌＯｌ２）的资助 作者简介：赵晓明，男，１９８０年生，博士研究生，西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安７ｌ００７２，电话：０２９—８８４９３９４０．８０３ｌ
７（３，４，５区）、枝晶间析出物如图７（６区）及裂纹 断面如图６（１，２区）进行了能谱分析，结果如表３ 所示。表明裂纹断面的Ａｌ，Ｔｉ均高于枝晶干内部的 Ａｌ，Ｔｉ的含量。枝晶间白色块状物为碳化物。Ｒｅｎｅ８８ ＤＴ为，，’沉淀强化型镍基高温合金，凝固过程中首先形 成单相镍基固溶体。由于在凝固过程中固液界面前沿 不断排出溶质元素，因此枝晶间剩余的液相中富集 Ａｌ，Ｔｉ等，，’（Ｎｉ３Ａ１Ｔｉ）相形成元素，造成元素的偏析， 使得凝固时，这些剩余液相达到共晶成分，进而发生 液相到ｙ／ｙ ７共晶反应，在枝晶问形成低熔点ｙ／ｙ’共晶。 激光快速成形过程中，沉积当前层时，已经凝固的前 一层沉积层经受再热循环，晶界处的ｙ／ｙ，ｆ氐熔共晶发 生液化形成晶间液膜，在随沉积过程进行而逐渐增大 的残余拉伸应力的作用下被拉开，形成液化裂纹。
摘 要：采用微观测试分析方法对沉淀增强型镍基高温合金Ｒｅｎｅ８８ＤＴ激光快速成形裂纹产生机理进行了研究。发现裂
纹为液化裂纹，具有典型的沿晶开裂特征。激光快速成形过程中，沉积当前层时，已经凝固的前一层沉积层经受再热
循环，晶界处的ｙ／ｙ’低熔共晶发生液化，在随沉积过程进行而逐渐增大的残余拉伸应力的作用下被拉开，形成液化裂
在４５“钢基材上进行多道多层裂纹实验，制备几 何尺寸为６０ ｍｍ×１５ ｍｍｘｌ５ ｍｍ的块状试样。在ＤＤ３ 单晶基材上制备几何尺寸为２５ ｍｍ×１５ ｍｍ×１５ ｍｍ块 样。激光快速成形工艺参数见表２。实验过程中金属 粉末由自动送粉器送出，经侧向送粉喷嘴送进到激光 熔池中，载粉气体为纯氩，激光熔池保护气体为纯氩。 块状试样经线切割、打磨抛光后制成金相试样，在光 学显微镜下对裂纹进行观察，采用ＤＴＰ．５探伤剂喷涂 后显示裂纹的宏观形貌。将裂纹断面打开后，采用 ＨＩＴＡＣＨＩ Ｓ．５７０扫描电镜观察断面特征，并对不同部 位进行能谱分析。
第２期
赵晓明等：激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金开裂机理研究
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化，进而有利于横向枝晶的生长，这样，生长方向偏 离沉积方向一定角度的枝晶在搭接区交汇，由于此处 基本处于熔池顶部，冷却速度较低，组织较为粗大， 且此处的应力条件较为复杂，使得该区域成为开裂的 敏感区域。
Ｔｉ
Ｃｒ
Ｃｏ
３．２６ ２．３６ ５．９７ １４．７３ １１．５６
３．１９ ２．０８ ５．１９ １６．１９ １２．１６
３．３３ １．７１ ２．９４ １６．１０ １２．６８
３．０９ ６．５１ １４．１２
２．０６ １．８０ ５．２ｌ
２．８５ ２．６７ １９．９８
１５．８４ １５．７８ １１．１３
１２．９８ １２．８３ ７．８７
粉末冶金涡轮盘技术是目前发达国家先进航空发 动机涡轮盘的主要制备技术，但我国仍在研究阶段， 还有一些重要的技术瓶颈尚未突破。激光快速成形是 制备高性能高温合金零件的一种很有发展前景的先进 新技术，该技术应用于Ｒｅｎｅ８８ＤＴ等高温难变形涡轮 盘用高温合金的成形，具有显著提高材料利用率、缩 短加工周期、降低制造成本、无需大吨位的挤压机、 全封闭的等温锻造设备以及铝基高温合金模具等潜 在的技术优势，能够为高推比发动机中涡轮盘等关键 零件的研制和开发在成形方法上提供一种新的技术 途径。
图５裂纹断面低倍组织照片×５０ Ｆｉｇ．５ Ｍａｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ ｏｆ ｆ｝ａｃｋ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ
断面高倍形貌照片（图６）显示晶界面相当圆滑，存 在树枝状突起，并且可以观察到树枝晶突起发生了明 显的液化，因此裂纹断面呈现大小不一的土豆状，表 明是晶间液膜分离的结果，是典型的液化裂纹。裂纹 并不出现在块状试样表面，也就是在沉积当前层时未 出现开裂现象，表明裂纹不是产生于固液两相凝固区 间。图７为试样纵截面高倍组织照片。对枝晶干如图
纹。激光成形件组织具有典型的外延柱状生长特点，沉积层底部为近似平行于沉积方向的细长枝晶，其顶部由于热流
方向改变枝晶发生转向，在沉积下一层时，道与道之间的搭接区容易存在转向枝晶未熔的区域，因此生长方向偏离沉
积方向一定角度的枝晶在搭接区交汇形成晶界，使得该区域成为开裂的敏感区域。柱状枝晶的晶界沿层与层之间具有
共晶在固液两相区晶界处形成液膜，在热应力和凝固 收缩应力的作用下被拉开形成裂纹。Ｎ．ｗａｎｇ【２】等认 为：对于高开裂敏感性的高温合金，在固液两相区， 当晶间夹角大于一临界值时，在晶间微应力的作用下 凝固裂纹就会出现。陈静［３】等对Ｒｅｎｅ９５高温合金的 激光快速成形工艺研究认为：裂纹是在凝固过程中， 固液两相区晶界处的残余液相受到熔覆层拉伸应力作 用所导致的液膜分离的结果。可见对于激光成形一些 常用的高温合金的裂纹，研究者大多认为是凝固裂纹。
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｒａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ １ Ｃｒａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ２ Ｄｅｎｄｒｉｔｅ ｔｍｎｋ３ Ｄｅｎｄｒｉｔｅ ｔｍｎｋ ４ Ｄｅｎｄｒｉｔｅ ｔｍｎｋ ５ Ｉｎｔｅｒｄｅｎｄｒｉｔｉｃ ｗｈｉｔｅ ｓｐｏｔ ６
表３能谱分析结果
１阻ｂＩｅ ３ ＥＤＳ ｒｅｓｕｌｔｓ（∞／％）
Ｃ
Ａｌ
第３６卷
图６裂纹断面高倍组织照片×２０００ Ｆｉｇ．６ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｆｒａｃｋ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ
图４纵截面裂纹的微观形貌照片 Ｆｉｇ．４ Ｍｉｃｒｏｐａｔｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ
图７试样纵截面的高倍组织照片×２０００ Ｆｉｇ．７ Ｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ
贯通的渠道，液化裂纹一旦形成就会沿晶界迅速扩展，因此裂纹大体沿道与道之间搭接区域发展。
关键词：激光快速成形；Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金；液化裂纹；搭接区；ｙ／ｙ’低熔共晶
中图法分类号：ＴＧｌ３２．３＋２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２．１８５ｘ（２００７）０２。０２１６一０５
１引言
激光快速成形技术是在快速原型技术和激光熔覆 技术的基础上于２０世纪９０年代中期出现并迅速发展 起来的一项先进制造技术，能够实现高性能复杂结构 致密金属零件的快速无模近终形制造。
图３搭接率对裂纹率的影响
Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｉｎｎｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｒａｔｅ
稀有金属材料与工程
３．２裂纹的形成机理分析 在光学显微镜下观察激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高
温合金块样与沉积方向垂直的截面（以下称纵截面） 上裂纹的微观形貌，如图４所示。发现大部分裂纹发 生在树枝晶晶界，具有典型的沿晶开裂特征。图５所 示为裂纹断面的低倍照片。具有沿晶开裂特征。裂纹
第３６卷 ２００７年
第２期 ２月
稀有金属材料与工程 ＲＡＲＥ ＭＥＴＡＬ～队ＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＥＮＧｎ呵ＥＥＲＩＮＧ
Ｖ０１．３６．ＮＯ．２ Ｆｅｂｍａｒｙ ２００７
激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金开裂机理研究
赵晓明，陈 静，何 飞，谭 华，黄卫东
（西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安７１００７２）
图ｌ 基材为４５。钢激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ块状试样照片 Ｆｉｇ．１ Ｌａｓｅｒ ｆｂｍｅｄ ｂｕｌｋ ｓａｍｐｌｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ
ｏｆ ４５ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ
图２激光成形块状试样横截面上的裂纹照片
Ｆｉｇ．２ Ｃｒａｃｋｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｆｂｒｍｅｄ
基材：４５”钢，几何尺寸为１２０ ｍｍ×５０ ｍｍ×８ ｍｍ。 ＤＤ３单晶基材，沉积面为（００１）晶面，几何尺寸为
３０ ｍｍ×１５ ｍｍ×３０ ｍｍ。
沉积材料：Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金粉末，粉末粒度 为７４“ｍ～１５０“ｍ，其名义化学成分见表１。在实验进 行之前，对此合金粉末在１５０℃左右进行真空烘干处 理，以除去粉末中所吸附的水分。同时用砂纸将基材 表面打磨后再用丙酮将沉积面清洗干净。
ｓａｍｐｌｅ：（ａ）ｍａｃｒｏｐａｔｔｅｍ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ（ｂ）ｍｉｃｒｏｐａｔｔｅｍ
ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
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表２激光快速成形工艺参数
！皇垒！！兰 竺！竺！！！！！竺曼已竺！！竺！！！！！竺！！竺！！！！兰已！璺！竺！竺！竺坚
器篇ｉ景罨器蒜 ｐｏｗｅｒ
／ｋＷ
ｓｐｅｅｄ ／ｍ·ｍｉｎ。１
目前粉末涡轮盘主要采用Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金， 这种合金在激光快速成形中也存在裂纹问题。关于 Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金的激光快速成形的开裂机理，还 未见研究报道。其它高温合金激光快速成形裂纹形成 机理的研究结论是否适用于Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金尚不 清楚。鉴于该合金在应用上的重要性，非常有必要对 其裂纹形成机理获得清晰准确的认识。为此，本文采 用微观测试分析方法，研究了激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ 高温合金的开裂行为，分析了裂纹的形成机理和影响 因素，为抑制和消除Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金激光快速成 形过程中产生的裂纹提供理论依据。
ｄｉａｍｅｔｅｒ ／ｍｍ
ｆｂｅｄ ｒａｔｅ ／ｇ·ｍｉｎ叫
ｇａｓ ｆｌｕｘ ／１．ｍｉｎｑ
．：．
ｑ
３结果与分析
３．１ 实验结果 在基材为４５８钢上激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合
金块状试样研究发现：（１）试样表面平整，表面没有
万方数据
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表１ Ｒｅｎｅ８８ＤＴ粉末名义化学成分＠／％）
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２．３ 激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ多层多道搭接裂纹 实验
钛合金激光快速成形零件已经在飞机关键结构件 的制造中获得应用，而一些常用的高温合金在激光快 速成形过程中易于出现裂纹等缺陷，成为影响其进入 应用的主要障碍。因此高温合金激光快速成形过程的 裂纹是制备高温合金零件亟待解决的关键问题。国内 外一些研究者对此进行了研究。钟敏霖…等对 Ｉｎｃｏｎｅｌ７３８高温合金的激光成形裂纹研究认为：ｙ／ｙ’
肉眼可见裂纹，如图１所示。（２）采用探伤剂喷涂块 样与沉积方向平行的截面（以下称横截面），发现裂纹 出现在道与道之间的搭接区，大体沿道与道之间平行 分布，如图２ａ所示。大尺寸裂纹贯穿多个沉积层，如 图２ｂ。（３）随沉积层数的增加，部分裂纹会愈合，形 成小尺寸（１００ ｕｍ～３００阻ｍ）的裂纹，而大部分裂纹将沿 搭接区继续扩展，发展为大尺寸（３ ｍｍ～１０ ｍｍ）的裂 纹。（４）对于分别采用２０％，３０％，４０％搭接率的块 状试样，发现随搭接率的增加，试样横截面单位面积 内裂纹长度（以下称之为裂纹率）呈减少趋势，如图 ３所示。对于５０％搭接率试样，由于搭接率过大，沉 积层表面不平整度增大，成形过程无法进行下去。
Ｎｉ ５５．４０ ５２．７６ ５４．３０ ５４．６７ ５２．０４ ３３．３０
Ｍｏ ３＿３７ ４．５３ ３．６３ ３．３５ ３．３１ ２．９９
Ｗ
３．３４ ３．８９ ５．３２ ５．１６ ５．０６ ５．４０
３．３裂纹的扩展及终止 激光快速成形过程中，道与道之间的搭接区位于
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激光熔池的边沿，热流方向趋向垂直沉积方向，使得 沿沉积方向纵向生长枝晶的约束热流条件发生重大变
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第２期
赵晓明等：激光快速成形Ｒｅｎｅ８８ＤＴ高温合金开裂机理研究
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建立的激光快速成形装备上完成的。该装备主要由４ 部分组成：包括ＲＳ ８５０型ｃ０２激光器、ＬＰＭ一４０８ 型四坐标数控工作台、ＤＰｓＦ一１型送粉器和侧向送粉 喷嘴。
采用ＨＩＴＡＣＨＩ Ｓ一５７０扫描电镜对裂纹断面进行 ＥＤｓ分析。利用光学显微镜观察裂纹形貌。 ２．２试验材料