通过电弧增材制造工艺制备的Inconel 617薄壁材料的微观结构与力学性能

《Welding in the World》：Microstructure and mechanical performance of Inconel 617 thin wall fabricated via wire arc additive manufacturing

研究激光电弧增材制造（WAAM）工艺制备Inconel 617墙体材料的微观结构演变与力学性能，发现沉积方向导致晶粒形态梯度变化（底部等轴/柱状晶混合，中间层细胞/柱状晶，顶部柱状晶）及各向异性（沿沉积方向UTS达782±15 MPa），硬度与锻造件相当，塑性变形特征显著，验证WAAM适用于高质量复杂构件制造。

　　

本研究对采用电弧增材制造（WAAM）工艺制造的Inconel 617壁材料的微观结构演变和机械性能进行了全面探究。详细的微观结构分析显示，沿构建方向存在晶粒形态的梯度变化，这种变化受热历史的影响。在靠近基材的区域，由于快速凝固形成了等轴树枝晶和柱状晶粒，这些晶粒在底层相互混合；而中层则以蜂窝状结构和柱状树枝晶为主；上层则观察到柱状及细长的柱状树枝晶。此外，在奥氏体基体中还发现了Ti(C, N)次生相及M₆C和M₂₃C₆等碳化物沉淀物，这些现象通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱（EDS）得到了证实。通过对WAAM构建样品的底层、中层和顶层进行X射线衍射（XRD）分析，发现基体主要为γ-Ni相，具有明显的柱状树枝晶织构，并且沿构建方向呈现出逐渐增强的微观各向异性。硬度测量结果显示，样品的平均显微硬度从底层的237 HV逐渐降低到顶层的211 HV，这一数值与ASTM B168-19标准中规定的锻造Inconel 617的特性基本一致。拉伸试验结果也表现出各向异性：沿沉积方向加载的样品具有更高的平均抗拉强度（UTS），为782 ± 15 MPa，而沿构建方向加载的样品抗拉强度为641 ± 25 MPa。在所有方向上均观察到了延性断裂特征（如凹坑和空洞），表明材料在失效前经历了显著的塑性变形。研究结果强调了构建方向对材料性能的重要性，并凸显了WAAM工艺在制备无缺陷、具有优异机械性能和微观结构完整性的Inconel 617壁结构方面的潜力。虽然本研究主要关注壁材料的几何形状，但这些发现为未来开发更复杂的组件奠定了坚实的基础。