GH4099高溫合金是一種典型的沉淀硬化鎳基高溫合金。γ′相(γ′-Ni3(Al,Ti))作為合金的主要強(qiáng)化相，對(duì)GH4099高溫合金的強(qiáng)化起主要作用。此外由于W、Mo和Co元素的固溶強(qiáng)化，GH4099高溫合金在800-900℃時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于復(fù)雜形狀高溫航空航天結(jié)構(gòu)零件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室等。但傳統(tǒng)的加工方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì)加工，制約了GH4099高溫合金的應(yīng)用。選區(qū)激光熔化（SLM）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的整體成形，為GH4099高溫合金高性能構(gòu)件的設(shè)計(jì)制造提供了新的解決方案。

選區(qū)激光熔化技術(shù)具有較高的加熱熔化和冷卻凝固速率，可以顯著減少元素偏析，抑制γ-γ′共晶相的析出，為制備具有精細(xì)微觀組織和優(yōu)異力學(xué)性能的合金提供快速凝固條件。SLM過(guò)程中金屬粉末的快速加熱和冷卻，沉積時(shí)GH4099中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力容易引起零件的變形。因此為消除殘余應(yīng)力，改善SLM制備GH4099高溫合金的組織和力學(xué)性能，必須采用合適的熱處理工藝。對(duì)于SLM制備GH4099高溫合金，溫度和時(shí)間是影響熱處理過(guò)程中γ′相析出的重要因素。然而對(duì)SLM制備GH4099高溫合金組織演變和力學(xué)性能的研究較少，熱處理對(duì)γ′相析出行為的影響也未見(jiàn)研究。

大連理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院在激光選區(qū)熔化制備GH4099高溫合金領(lǐng)域取得新突破，通過(guò)SLM和不同熱處理制度制備出抗拉強(qiáng)度超過(guò)1200MPa (延伸率約40%)的高溫合金。

原文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.167813

這項(xiàng)研究采用SLM工藝制備了GH4099高溫合金，直接打印樣品的顯微組織主要為外延生長(zhǎng)的柱狀晶粒，γ-γ′共晶相的形成受到抑制。固溶處理后，熔池邊界和枝晶形態(tài)消失，位錯(cuò)密度明顯降低。時(shí)效處理后在基體中析出了尺寸約為10 nm的γ′相，從而提高了拉伸性能。此外，揭示了SLM GH4099高溫合金的顯微組織與屈服強(qiáng)度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。討論了不同強(qiáng)化機(jī)制對(duì)固溶處理和時(shí)效合金力學(xué)行為的影響。為SLM工藝制備高性能GH4099高溫合金零件提供理論指導(dǎo)。

(a) GH4099高溫合金粉末形貌和(b)尺寸分布

打印樣品三維光學(xué)顯微組織結(jié)構(gòu)

(a)沉積態(tài)樣品XZ面SEM圖像；(b)枝晶結(jié)構(gòu)放大圖；(c)胞狀結(jié)構(gòu)；(d) 枝晶結(jié)構(gòu)的EDS線(xiàn)掃數(shù)據(jù)

熱處理合金樣品的OM和SEM圖：(a, b)固溶處理合金樣品；(c-e)合金樣品在低溫下長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效；(f-h)中溫中時(shí)間時(shí)效合金；(i-k)高溫短時(shí)間時(shí)效

不同合金EBSD圖：(a)沉積態(tài)合金樣品；(b)固溶處理合金樣品；(c)長(zhǎng)時(shí)間低溫時(shí)效合金樣品；(d)在中溫度、中時(shí)間時(shí)效的合金；(e)短時(shí)間高溫時(shí)效的合金；(f)不同合金的晶粒尺寸分布

不同熱處理?xiàng)l件下SLM制備GH4099高溫合金的室溫拉伸性能：(a)極限抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度；(b)斷面伸縮率和延伸率

這項(xiàng)工作的增材制造高溫合金在室溫和高溫下的拉伸性能與文獻(xiàn)的比較

位錯(cuò)強(qiáng)化和析出強(qiáng)化機(jī)制對(duì)不同合金屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)

計(jì)算不同強(qiáng)化機(jī)制對(duì)GH4099高溫合金屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)值

簡(jiǎn)而言之，這項(xiàng)研究系統(tǒng)地調(diào)查了熱處理對(duì)SLM制備GH4099高溫合金微觀組織和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明SLM制備的GH4099高溫合金顯微組織主要由外延生長(zhǎng)的柱狀晶組成，枝晶沿打印方向外延生長(zhǎng)，平均枝晶臂間距約為400 nm。1110℃固溶處理后的樣品未完全發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶，γ-γ′共晶相和γ′相的析出受到抑制。隨著時(shí)效時(shí)間和溫度的增加，γ′相的平均尺寸逐漸增大，析出強(qiáng)化效果增大。800℃時(shí)效8 h的GH4099合金表現(xiàn)出優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，室溫抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為1214.2 MPa和39.1%。