西安交通大學盧秉恆院士團隊黃科教授課題組設計了一種擺動列印+層間冷卻+短時熱處理的新型綜合策略，降低增材製造構件內部氣孔及裂紋，顯著提升構件力學性能。
相關論文以題為 「Enhanced comprehensive properties of directed energy deposited Inconel 718 by a novel integrated deposition strategy」 發表在Journal of Materials Science & Technology期刊。本期谷.專欄將分享該文的主要內容。
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DOI: 10.1016/j.jmst.2022.09.026
/ 研究背景
Inconel 718 (IN718) 高溫合金因其優異的高溫強度、抵抗蠕變和疲勞特性等已被廣泛應用於航空航天、核電化工等諸多領域。使用電弧熔絲增材製造技術快速製備/修復IN718大型零部件有望成為一種可靠的替代性工藝，以解決傳統製造方式製造周期長、材料利用率低等劣勢。
然而，傳統電弧增材製造過程複雜的熱歷史和高熱輸入條件使得合金內部元素偏析嚴重，低熔點共晶相富集，從而誘發微裂紋。不合理的工藝過程還會造成大量孔隙缺陷的產生，進而制約該技術的廣泛推廣。
/ 圖文解析
圖1 （a）傳統平動製造工藝示意圖；（b）擺動+層間強製冷卻策略示意圖。
圖2 使用光學顯微鏡統計樣本缺陷分布及孔隙率特徵：（a）平動工藝；（b）擺動工藝。
圖3 SEM結果顯示擺動模式具有更低的Laves相體積分數和更少的長鏈Laves比例：（a）（c）平動工藝統計結果；（b），（d）擺動工藝統計結果。
圖4 EBSD結果顯示擺動工藝具有更寬的層間細晶帶和更小的層間等軸晶組織：（a）平動沉積態；（b）平動熱處理態；（a）擺動沉積態；（b）擺動熱處理態。
圖5 採用擺動+層間冷卻+短時熱處理方式獲得優異的強度-塑性權衡：（a）沉積態統計結果對比；（b）熱處理態統計結果對比。
/ 結論展望
研究團隊採用擺動列印模式有效地促進熔池擴展，提高搭接潤濕性，防止堆積溢流，從而獲得較高的製造幾何精度。此外，極低的熱輸入和較短的氣孔逸出距離將孔隙類缺陷減少了77.78%，在IN718中最常見的裂紋缺陷也被完全消除。強制層間冷卻過程進一步提高了冷卻速率，大幅降低微觀偏析程度，減少長鏈狀Laves相比例。最後經短工藝改性熱處理後，沉積態試樣的各向異性力學行為同樣被消除。與傳統平行模式樣品相比，振蕩路徑樣品的屈服強度和極限抗拉強度分別提高了5.75%和9.25%，延伸率顯著提高了51.20%，獲得了優異的強度-塑性權衡。這項工作為製造大型IN718零部件提供了可靠的工藝參考。
論文原文引用信息：
Naiyuan Xi, Kexin Tang, Xuewei Fang, Yan Li, Yusong Duan, Ke Huang*, Enhanced comprehensive properties of directed energy deposited Inconel 718 by a novel integrated deposition strategy, J. Mater. Sci. Technol. 141 (2023) 45-55.