热等静压处理对激光定向能量沉积高γ′镍基高温合金微观组织与拉伸性能的优化机制研究

《RARE METALS》：Effects of hot isostatic pressing treatment on the microstructure and tensile properties of a novel high-γ′ Ni-based superalloy manufactured by laser directed energy deposition

本研究针对增材制造高γ′相镍基高温合金存在的强度-延性冲突问题，通过激光定向能量沉积（L-DED）结合热等静压（HIP）后处理，系统分析了1150/1190°C热处理对孔隙消除、γ′相析出（尺寸为320-342 nm）及再结晶行为的影响。结果表明：HIP处理使合金延伸率提升33%-40%（达26.9%-28.3%），同时保持优异强度（屈服强度932-944 MPa），揭示了从位错主导强化向γ′沉淀强化的机制转变，为航空航天领域增材制造高温合金性能优化提供重要工艺依据。

　　

通过激光定向能量沉积（L-DED）技术制备的新型高γ′相镍基高温合金，在热等静压（HIP）处理后展现出显著的微观结构优化与力学性能提升。初始沉积态合金中存在细胞状位错网络和0.062%的残余孔隙率，其屈服强度（YS）高达1005 MPa，延伸率为20.2%。经过1150°C和1190°C的HIP处理，孔隙率显著降低至约0.02%，组织趋于均匀化，并促使γ′强化相析出（尺寸分别为342 nm和320 nm），同时诱发再结晶过程。这些微观结构调整使合金在保持高强度（极限抗拉强度UTS达1462–1491 MPa，屈服强度YS为932–944 MPa）的同时，延伸率提升33%–40%，达到26.9%–28.3%，性能优于传统增材制造合金。其中1190°C的HIP处理因细化γ′相并增加大角度晶界（HAGB）密度，表现出更优的抗裂纹扩展能力。通过多尺度表征建立的定量模型进一步揭示了强化机制从沉积态的位错主导硬化转变为γ′沉淀硬化主导。该研究确立了HIP作为突破增材制造高温合金强度-塑性权衡的关键后处理技术，对航空航天部件性能提升具有指导意义。