導讀
文中獲得了鐳射增材製造GH4169合金在沉積態以及不同熱處理條件下的各向異性拉伸效能，並從微觀組織、晶粒形貌、斷口形貌和殘餘應力等方面對各向異性產生的機理進行了全面的探討，同時闡明瞭影響各向異性的主要因素。此外，提出了一種固溶溫度較高（1 050℃）時較好的固溶+時效熱處理工藝，提高合金抗拉強度。
鎳基高溫合金因其優異的力學效能、抗蠕變性、良好的耐腐蝕性和高溫焊接效能而廣泛應用於航空航天、能源和化學工業。與IN718類似，GH4169也是一種典型的鎳基高溫合金。然而，由於其結構複雜度高，廢料去除率低，製造GH4169元件成本非常昂貴且耗時。
鐳射增材製造（LAM）技術，也稱為3D金屬列印，是一種很有前途的近淨成形增材製造工藝，可用於製造複雜形狀的金屬部件。LAM工藝有效性、靈活性高且對環境友好，可以在不使用模具的情況下製造高效能部件。因此，研究使用LAM技術製備鎳基高溫合金，不僅可以提高對LAM工藝的認識，還能拓寬LAMed鎳基高溫合金的應用領域。
在過去幾年中，學者們已經開展了各種研究，以瞭解製造引數對LAMed鎳基高溫合金微觀結構和力學效能的影響。結果發現，LAMed鎳基高溫合金的抗拉強度通常低於常規鍛造材料。因此，需要進行熱處理以釋放高水平殘餘應力、均勻微觀結構和沉澱強化相。此外，也有研究人員報道了LAMed金屬部件存在依賴於構建方向的各向異性拉伸效能。此外，LAMed鎳基高溫合金的熱處理和各向異性拉伸效能之間存在複雜的相互作用。由於LAM工藝和後熱處理之間的機制尚未明朗，而這可能對最終產品至關重要，因此需要對該問題進行更多調查，以深入揭示潛在機制。
近日，西北工業大學的李磊教授和楊未柱研究員及其課題組透過試驗評估了LAMed沉積和熱處理GH4169鎳基高溫合金的各向異性拉伸效能，並透過顯微組織表徵、織構、斷口形貌、力學效能觀察和殘餘應力分析，以便更深入地瞭解熱處理對各向異性拉伸效能影響的機理。研究成果以題為“A Comprehensive Study of the Anisotropic Tensile Properties of Laser Additive Manufactured Ni-based Superalloy after Heat Treatment” 發表於《International Journal of Plasticity》。文中介紹了沉積態和熱處理態試樣的各向異性室溫拉伸效能以及微觀結構形貌，並對熱處理前後影響LAMed構件各向異性拉伸效能的主要因素進行了討論。
用於拉伸試驗的垂直和水平試樣取自沉積態（AD）和熱處理試樣，並考慮了固溶溫度為980 ℃和1 050 ℃的兩種熱處理條件。在AD GH4169合金中，拉伸強度的各向異性取決於構建方向。垂直沉積試樣的屈服強度和極限強度分別比水平沉積試樣高296 MPa和180 MPa。
AD試樣具有非常精細的枝晶顯微結構，在枝晶間區域有大量條狀和顆粒狀Laves相沉澱，但沒有γ'/γ''強化相。在AD試樣中分佈著大量沿垂直方向生長的脆性Laves相，這導致了Laves相/γ基體介面在不同溫度下的分離方式，最終產生了各向異性拉伸效能。在水平和垂直的AD試樣中可以觀察到高的位錯密度，產生加工硬化效應，增加試樣的延展性。
AD試樣的抗拉強度遠低於GH4169的抗拉強度，驗證了熱處理的必要性。980 ℃熱處理後，強度顯著提高，拉伸強度各向異性減小。水平試樣的屈服強度和極限強度分別比垂直試樣高68 MPa和113 MPa，與AD GH4169有顯著差異。透過1 050 ℃熱處理獲得的試樣具有更好的整體拉伸效能，同時拉伸強度的各向異性增加。水平和垂直試樣的屈服強度和極限強度差分別增加至155 MPa和192 MPa
熱處理後，強化γ′/γ''相的析出是提高980 ℃和1 050 ℃試樣抗拉強度的主要因素。此外，與構建方向相關的各向異性拉伸效能傾向不明顯，這主要是AD試樣中殘餘應力的急劇釋放造成的。在殘餘應力的驅動下，熱處理後出現明顯的再結晶，再結晶分數與殘餘應力的釋放呈正相關。1 050 ℃下水平試樣表現出最好的抗拉強度，這歸因於其殘餘應力變化最顯著。
此外，殘餘應力水平在AD試樣中具有高度的方向依賴性。熱處理後，大部分Laves相溶解，殘餘應力發生顯著變化。綜上，各向異性拉伸強度主要受熱處理前後殘餘應力水平的影響，而受Laves相溶解的影響較小。
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