增材制造Haynes 282合金打印取向对微观结构及疲劳性能的影响机制研究

针对航空航天高温部件对镍基合金性能的严苛需求，研究人员通过直接金属激光烧结（DMLS）技术，系统研究了0°、45°、90°三种打印取向对Haynes 282合金微观结构及疲劳行为的影响。结果表明，0°和45°取向试样在±700 MPa以下应力幅展现100%寿命提升，为高精度耐高温部件增材制造工艺优化提供重要依据。

　　

随着航空发动机涡轮叶片等高温部件服役条件日益严苛，传统镍基超合金如Inconel 718已难以满足650°C以上复杂载荷需求。Haynes 282凭借其独特的γ'相强化和固溶强化（含Cr、Co、Mo等元素）优势，以及MC、M₆C、M₂₃C₆碳化物带来的高温稳定性，成为更具潜力的候选材料。然而，传统铸造工艺存在蜡模开发成本高、陶瓷模具强度低等瓶颈，而增材制造（AM）技术虽能实现近净成形，但其快速凝固特性导致的各向异性问题尚未阐明。

为此，研究人员采用直接金属激光烧结（DMLS）技术，在氩气保护气氛下（能量密度104 J/mm3，激光功率100 W，扫描速度800 mm/s）制备了三种不同取向（0°、45°、90°）的Haynes 282试样。通过疲劳测试（应力幅±550-±800 MPa）结合断口分析，首次系统揭示了打印取向对DMLS成形合金性能的影响规律。

关键技术方法包括：1）采用EOS M100设备进行多取向试样成形；2）通过SEM和光学显微镜表征粉末形貌（平均粒径45 μm）及熔池结构；3）开展标准拉伸与疲劳测试对比力学性能；4）结合断口形貌分析损伤机制。

【Material characterisation】
显微结构分析显示，熔池深度超过单层粉末厚度（20 μm），确保了构建方向的一致性。0°和45°试样呈现显著柱状晶生长特征，而90°试样则出现更多晶界缺陷。

【Conclusions】
研究证实：1）0°和45°取向试样屈服强度和抗拉强度分别提升100 MPa和200 MPa；2）在低于±700 MPa应力幅下，AM试样寿命较传统工艺延长100%；3）断口分析揭示90°取向试样因晶界碳化物偏聚导致早期裂纹萌生。该成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》，不仅为航空航天关键部件增材制造工艺选择提供理论依据，更拓展了Haynes 282在高温环境的应用潜力。

讨论指出，DMLS成形的Haynes 282在适当取向下可实现优于锻造材料的性能，但需严格控制90°取向部件的应用场景。后续研究可进一步探索多轴载荷下的各向异性响应及长期高温暴露后的组织演变规律。