激光功率对LPBF Hastelloy X构筑态及热处理态微观结构与力学性能的影响机制研究

本研究针对激光粉末床熔融(LPBF)制备Hastelloy X合金过程中工艺参数调控难题，系统探究了210-330?W激光功率对构筑态/热处理态样品晶粒尺寸、位错密度及力学性能的影响规律。发现提高激光功率会增大构筑态晶粒尺寸(21.6→38.8?μm)但降低强度(UTS 802→735?MPa)，热处理后虽保持屈服强度稳定(YS 568→508→743→684?MPa)，但再结晶程度显著降低(73.2%→57.2%)。研究为通过工艺参数调控实现材料性能优化提供了理论依据。

　　

在金属增材制造领域，激光粉末床熔融(LPBF)技术因其能直接成形复杂构件而备受关注，但工艺参数与材料性能的关联机制仍是制约其工业应用的瓶颈问题。以镍基高温合金Hastelloy X为代表的关键结构材料，其LPBF制备过程中激光功率的微小变化可能导致微观组织与力学性能的显著差异，而现有研究对热处理前后性能演变规律的认识仍不充分。

为揭示这一科学问题，研究人员通过系统调节210-330?W激光功率制备Hastelloy X样品，结合标准热处理工艺(1177°C/30min+空冷)，采用电子背散射衍射(EBSD)分析晶粒取向，纳米压痕测试几何必须位错(GND)密度，以及室温拉伸试验等手段开展研究。

激光功率对构筑态组织的影响
提高激光功率显著降低熔池温度梯度与凝固速率，导致枝晶间距增大。EBSD分析显示晶粒尺寸从210?W时的21.6?μm增至330?W时的38.8?μm，伴随GND密度下降。这种组织变化直接导致UTS从802?MPa降至735?MPa，呈现典型的Hall-Petch关系。

热处理后的组织演变
热处理虽使所有样品发生再结晶，但高功率(330?W)样品的再结晶程度(57.2%)显著低于低功率(210?W)样品的73.2%。值得注意的是，YS在热处理后保持相对稳定(743→684?MPa)，分析表明这是残余GND的强化效应与晶粒粗化的软化作用相互抵消的结果。

力学性能的应变硬化行为
构筑态样品的应变硬化能力随激光功率增加持续下降，而热处理后所有样品均表现出更优异的应变硬化性能。这种改善源于热处理过程中形成的亚结构对位错运动的阻碍作用。

该研究创新性地阐明了LPBF工艺参数通过影响温度场与位错组态，进而决定热处理后材料性能的作用链条。特别揭示了GND密度与晶粒尺寸对YS的拮抗作用机制，为航空航天领域关键部件的性能精准调控提供了理论支撑。研究成果发表于材料表征领域权威期刊《Materials Characterization》，对推动增材制造工艺优化具有重要指导价值。