增材制造抗氢钢组织性能调控及其氢脆敏感性

沉淀强化Fe-Ni基奥氏体合金具有高强度、优异的耐腐蚀性和较低的氢脆敏感性,因而被广泛应用于航空航天、氢能源工程和石油化工等领域。相对于现有铸锻造等技术,增材制造工艺能够实现复杂形状零件近净成形。采用激光熔化沉积制备NASA-HR(NHR)抗氢钢,研究高温固溶(930~1180℃)、时效处理(725~775℃)热处理工艺条件对其微观结构演变、力学性能和抗氢性能的影响。结果表明,由于激光熔化沉积过程中温度梯度高和熔凝速度快,其凝固组织主要由柱状晶组成,并在枝晶区域出现Ti元素偏析。经1180℃高温固溶处理后,激光熔化沉积NHR合金熔池特征消失,成功消除Ti元素偏析并获得完全再结晶均匀组织。随后分别经过725、750和775℃时效处理,发现随着时效温度升高,晶粒尺寸略微生长,γ′相纳米析出尺寸逐渐变大,产生的析出强化效应越大,合金强度明显升高。在775℃时效处理后强度达到1070 MPa,塑性略有降低,但其断后伸长率均保持在26%以上,拉伸断口形貌均由韧窝组成呈韧性断裂。优化热处理条件下可以使得增材制造NHR合金在力学性能上与锻态匹配。锻造和增材制造NHR合金氢致塑性损减分别是21.7%和20.8%,氢脆敏感性相当。充氢后两者拉伸断口均出现沿晶断裂特征,为韧脆混合断裂。增材制造NHR合金在力学性能和抗氢性能上的良好匹配,为增材制造抗氢钢在临氢环境下的服役性能提供参考,并为增材制造抗氢钢的应用开拓思路。