激光定向能量沉积（L-DED）增材制造的Inconel 625合金微观结构与力学性能研究

推荐内容 为解决Inconel 625合金在增材制造过程中因复杂热历史导致的微观结构不均匀和机械性能下降问题，研究人员采用激光定向能量沉积（L-DED）技术进行研究。结果表明，水平构建的样品具有更高的硬度和强度，但热处理后冲击韧性显著降低。这项研究为优化Inconel 625合金的增材制造工艺提供了重要参考。

　　

论文解读

研究背景

Inconel 625合金是一种镍基高温合金，因其优异的高温强度、耐腐蚀性和抗氧化性，在航空航天、石油化工等领域得到广泛应用。然而，由于其高硬度和较差的可加工性，传统的加工方法难以满足复杂形状零件的制造需求。增材制造（Additive Manufacturing, AM）技术，特别是激光定向能量沉积（Laser Directed Energy Deposition, L-DED），为近净成形制造提供了新的解决方案。然而，L-DED过程中的复杂热历史会导致微观结构不均匀，进而影响材料的力学性能。因此，研究L-DED制备的Inconel 625合金的微观结构和力学性能，对于优化其制造工艺具有重要意义。

研究机构与方法

在这项研究中，研究人员采用了激光定向能量沉积（L-DED）技术来制造Inconel 625合金样品。具体来说，他们使用了RPM Innovations Inc.的RPMI 535?型号L-DED系统，在氩气保护下进行加工，氧气含量保持在10 ppm以下。研究团队优化了L-DED的参数，包括激光功率、扫描速度、层高和粉末进料速率等。样品在构建后进行了热处理（900°C，2小时），以缓解残余应力和均匀化微观结构。微观结构通过光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）进行分析，力学性能则通过维氏硬度测试、拉伸试验和夏比冲击试验进行评估。

研究结果

微观结构分析

研究发现，未经热处理的样品呈现出柱状树枝晶微观结构，枝晶间存在富Mo、Nb和Si的Laves相。热处理后，微观结构发生了部分再结晶，形成了粗大的奥氏体基体和在晶界处形成的Laves相及碳化物。SEM分析显示，热处理后的样品中Laves相和碳化物的形成显著影响了材料的韧性。

力学性能

热处理后样品的维氏硬度、屈服强度和极限抗拉强度均有所下降，而夏比冲击吸收能量减少了约40%。这主要是由于晶界脆化导致的。尽管如此，水平构建的样品由于冷却速率较高，显示出更细化的微观结构和更高的硬度、屈服强度及极限抗拉强度。

重要意义

研究表明，L-DED制造的Inconel 625合金在未热处理条件下表现出与商业合金相当甚至更优的力学性能。然而，热处理虽然有助于微观结构的均匀化，但也导致了韧性的显著下降。因此，优化L-DED工艺参数和热处理条件，以实现微观结构的均匀化和防止有害相的分布，对于提高材料的力学性能至关重要。这项研究为Inconel 625合金的增材制造提供了重要的理论基础和实践指导。

论文发表

该研究结果发表在《Hybrid Advances》期刊上，为增材制造领域提供了重要的参考资料。通过详细的实验设计和系统的分析，研究人员揭示了L-DED制备Inconel 625合金的关键影响因素，为未来的研究和应用奠定了坚实的基础。