为探究飞秒激光制孔工艺规律,采用脉冲宽度235 fs,重复频率100 kHz的飞秒激光在1.5 mm厚304不锈钢上开展不同离焦量下的制孔试验。首先记录不同离焦量下制孔时间,然后在影像测量仪下测量不同离焦量下微孔入口、出口孔径并计算对应锥度,最后在金相显微镜和扫描电镜下对孔壁进行金相观察及元素分布线扫描。试验结果表明：当离焦量由-1.0 mm变化到1.0 mm时,微孔入口、出口孔径均增大,锥度呈现先减小再增大趋势,最大锥度3.32°,孔的出口质量逐渐变差。金相分析证实本试验不同离焦量下孔壁均无重熔层、微裂纹等热致缺陷,但负离焦下加工质量更优。孔壁附近元素线扫描结果表明飞秒激光制孔对基体材料元素分布几乎无影响。相比正离焦加工,负离焦加工效率更高,制孔时间约27 s。

为评价选区激光熔化成形GH3536航空发动机零件的高温服役性能,采用既定工艺制备了拉伸试棒,并对其进行了去应力退火和热等静压(HT+HIP)处理,然后测试了其在20~815 ℃的拉伸性能,并分析了合金的显微组织、断口形貌和断裂机制。结果表明:HT+HIP处理后,晶界析出(Cr,Mo)23C6,晶粒发生部分等轴化转变,但仍保留了定向凝固特性,垂直于成形方向的截面组织中的晶粒更细、晶界更多,沿晶界析出的链状碳化物使得晶界弱化,断裂机制以沿晶断裂为主;晶粒尺寸的各向异性是不同成形方向试棒力学性能和断口形貌存在差异的主要原因;随着测试温度升高,抗拉强度下降,延伸率先升后降;断裂机制随温度升高发生转变,高温下的沿晶断裂机制比室温下的更明显,塑性变形程度更小,裂纹更长。

为了研究激光选区熔化GH3536合金组织对零件力学性能的影响,采用不同批次粉末制备激光选区熔化GH3536合金,分析显微组织、测试室温拉伸性能和高温持久性能,并分析失效机理。结果表明,激光选区熔化GH3536合金显微组织主要为奥氏体相,在晶粒内部和晶界处析出M₂₃C₆碳化物。晶粒尺寸增大,晶界数量减少,导致室温拉伸强度降低,但高温持久性能得到提升。块状碳化物分布在晶界会降低激光选区熔化GH3536合金室温塑性和高温持久性能;链状碳化物能够强化晶界,使合金具有较高的室温塑性和高温持久性能。

采用相同工艺参数和热处理/热等静压技术,激光选区熔化成形两种不同粉末成分(A批原材料中碳和锰含量较高,B批原材料中硅含量较高)Hastelloy-X合金试样,测试了室温/高温拉伸性能,分析了微观组织特征及室温拉伸断口。结果表明:两种材料成形横向制件的组织形态相似,纵向制件的组织晶粒形态和晶内碳化物析出差别较大;A批组织为等轴晶,晶内碳化物析出较多,B批组织为沿纵向的柱状晶;A批材料的室温/高温拉伸性能均达到了棒材锻件标准,B批材料的横纵向拉伸性能存在较大各向异性,纵向拉伸试样呈现低强度高塑性的特点,且受硅、碳元素的影响;两批材料的室温拉伸断口均存在明显的塑性变形,为杯锥状沿晶韧窝断口。

采用选区激光熔化技术加工哈氏合金试样并进行后处理，分别分析了沉积态、热处理态、热处理+热等静压态试样的宏观/微观组织特征，并测试了室温/高温拉伸性能。结果表明，沉积态试样横向/纵向均出现微裂纹，但未出现析出物。热处理后，横向组织为等轴晶，纵向组织为交错分布的细柱状晶和粗柱状晶，这些晶粒内部存在两种形态差异显著的析出物。热等静压处理后，晶粒显著长大，析出物分布均匀化，试样的室温拉伸性能达到锻件标准；相比于纵向拉伸性能，横向拉伸性能具有高强度低塑性的特征。