电弧增材制造马氏体时效钢的固溶温度调控：微观组织演变与力学性能强化机制

本研究针对电弧增材制造(WAAM)马氏体时效钢存在的元素偏析和组织各向异性问题，系统探究了固溶-时效热处理(SAT)中温度参数对纳米析出相和力学性能的影响。通过对比不同固溶温度(900-1100°C)处理后的微观组织与拉伸性能，发现1000°C处理可使抗拉强度(UTS)提升至1732.7 MPa，揭示了温度通过调控元素均匀性和晶粒尺寸影响性能的机制，为优化WAAM工艺提供理论依据。

　　

在金属增材制造领域，马氏体时效钢因其优异的强度-韧性组合备受关注，但传统电弧增材制造(WAAM)工艺会导致合金元素(Ti、Mo等)的严重偏析和力学性能各向异性。更棘手的是，现有研究对后续固溶-时效热处理(SAT)中关键参数——固溶温度的作用机制尚未阐明，这严重制约了高性能构件的开发。

中国的研究团队在《Materials Characterization》发表的研究中，通过制备WAAM马氏体时效钢薄壁结构，系统分析了沉积态(AD)与不同固溶温度(900°C/1000°C/1100°C)SAT处理后的组织性能变化。研究发现，AD试样存在明显的枝晶间偏析，导致横向/纵向抗拉强度差异达1282.5 MPa；而SAT处理后纳米级Ni₃
(Ti,Mo)析出相使强度显著提升，其中1000°C处理试样因元素均匀分布和细晶强化作用，UTS达到峰值1732.7 MPa。但1100°C时奥氏体晶粒(PAGS)粗化反而使强度下降至1634.1 MPa，首次明确了"温度-组织-性能"的定量关系。

关键技术方法
研究采用冷金属过渡(CMT)模式WAAM制备试样，通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)分析微观组织，结合能谱(EDS)测绘元素分布。力学性能测试包括维氏硬度和室温拉伸，使用透射电镜(TEM)表征纳米析出相，并通过ImageJ软件统计晶粒尺寸。

研究结果

1. 沉积态组织特征：AD试样呈现外延生长的柱状晶，枝晶间富集Ti(达1.52wt%)和Mo(4.31wt%)，导致硬度波动达50 HV。
2. SAT温度的影响机制：
   • 900°C处理时残留δ-铁素体未完全溶解，析出相尺寸约20-50nm；
   • 1000°C实现完全奥氏体化，析出相细化至10-30nm且分布密度提高37%；
   • 1100°C导致PAGS从15μm增至28μm，出现异常长大的析出相(>100nm)。
3. 力学性能变化：强度与固溶温度呈抛物线关系，1000°C试样延伸率(8.2%)优于AD试样(5.1%)，体现强韧化协同效应。

结论与意义
该研究揭示了固溶温度通过三重机制影响WAAM马氏体时效钢性能：①消除元素偏析→促进均匀析出；②调控奥氏体晶界能→抑制晶粒异常长大；③优化Ni₃
(Ti,Mo)析出动力学。首次提出1000°C为最佳固溶参数，其建立的"温度-组织-性能"模型不仅解决了WAAM构件各向异性难题，更为开发新型时效钢热处理工艺提供了定量化设计准则。这项成果对航空航天领域高承载复杂构件的性能调控具有重要指导价值。