GH4099高溫合金是一種典型的沉澱硬化鎳基高溫合金。γ′相(γ′-Ni3(Al,Ti))作為(wei) 合金的主要強化相，對GH4099高溫合金的強化起主要作用。此外由於(yu) W、Mo和Co元素的固溶強化，GH4099高溫合金在800-900℃時表現出優(you) 異的熱穩定性，廣泛應用於(yu) 複雜形狀高溫航空航天結構零件，如航空發動機燃燒室等。但傳(chuan) 統的加工方法無法實現複雜結構零件設計加工，製約了GH4099高溫合金的應用。選區激光熔化（SLM）技術可以實現複雜結構零件的整體(ti) 成形，為(wei) GH4099高溫合金高性能構件的設計製造提供了新的解決(jue) 方案。

選區激光熔化技術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，抑製γ-γ′共晶相的析出，為(wei) 製備具有精細微觀組織和優(you) 異力學性能的合金提供快速凝固條件。SLM過程中金屬粉末的快速加熱和冷卻，沉積時GH4099中產(chan) 生的殘餘(yu) 應力容易引起零件的變形。因此為(wei) 消除殘餘(yu) 應力，改善SLM製備GH4099高溫合金的組織和力學性能，必須采用合適的熱處理工藝。對於(yu) SLM製備GH4099高溫合金，溫度和時間是影響熱處理過程中γ′相析出的重要因素。然而對SLM製備GH4099高溫合金組織演變和力學性能的研究較少，熱處理對γ′相析出行為(wei) 的影響也未見研究。

大連理工大學材料科學與(yu) 工程學院在激光選區熔化製備GH4099高溫合金領域取得新突破，通過SLM和不同熱處理製度製備出抗拉強度超過1200MPa (延伸率約40%)的高溫合金。

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

這項研究采用SLM工藝製備了GH4099高溫合金，直接打印樣品的顯微組織主要為(wei) 外延生長的柱狀晶粒，γ-γ′共晶相的形成受到抑製。固溶處理後，熔池邊界和枝晶形態消失，位錯密度明顯降低。時效處理後在基體(ti) 中析出了尺寸約為(wei) 10 nm的γ′相，從(cong) 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(yu) 屈服強度之間的對應關(guan) 係。討論了不同強化機製對固溶處理和時效合金力學行為(wei) 的影響。為(wei) SLM工藝製備高性能GH4099高溫合金零件提供理論指導。

(a) GH4099高溫合金粉末形貌和(b)尺寸分布

打印樣品三維光學顯微組織結構

(a)沉積態樣品XZ麵SEM圖像；(b)枝晶結構放大圖；(c)胞狀結構；(d) 枝晶結構的EDS線掃數據

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時間時效；(f-h)中溫中時間時效合金；(i-k)高溫短時間時效

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

不同熱處理條件下SLM製備GH4099高溫合金的室溫拉伸性能：(a)極限抗拉強度和屈服強度；(b)斷麵伸縮率和延伸率

這項工作的增材製造高溫合金在室溫和高溫下的拉伸性能與(yu) 文獻的比較

位錯強化和析出強化機製對不同合金屈服強度的貢獻

計算不同強化機製對GH4099高溫合金屈服強度的貢獻值

簡而言之，這項研究係統地調查了熱處理對SLM製備GH4099高溫合金微觀組織和力學性能的影響。研究結果表明SLM製備的GH4099高溫合金顯微組織主要由外延生長的柱狀晶組成，枝晶沿打印方向外延生長，平均枝晶臂間距約為(wei) 400 nm。1110℃固溶處理後的樣品未完全發生靜態再結晶，γ-γ′共晶相和γ′相的析出受到抑製。隨著時效時間和溫度的增加，γ′相的平均尺寸逐漸增大，析出強化效果增大。800℃時效8 h的GH4099合金表現出優(you) 良的綜合力學性能，室溫抗拉強度和伸長率分別為(wei) 1214.2 MPa和39.1%。