激光粉末床熔融制备Inconel 625镍基高温合金中变形机制动态竞争驱动的织构级联演化

本研究聚焦激光粉末床熔融（LPBF）技术制备的Inconel 625镍基高温合金，针对其微观织构演化机制不明的问题，通过系统表征与机理分析，揭示了动态再结晶与位错滑移/攀移的竞争如何驱动织构的级联演变。研究阐明了<100>织构形成与弱化的内在机理，为高性能镍基合金的定制化制备提供了关键理论依据。

　　

在先进制造业和航空航天领域，高性能镍基高温合金始终扮演着不可或替代的关键角色。其中，Inconel 625以其优异的强度、出色的抗蠕变和耐腐蚀性能，成为极端环境下的首选材料。近年来，激光粉末床熔融（Laser Powder Bed Fusion, LPBF）作为一种革命性的增材制造技术，为复杂几何结构零件的快速成型提供了全新路径。然而，机遇与挑战并存。LPBF过程涉及极高的温度梯度和极快的冷却速率，这种独特的非平衡凝固条件使得制备出的合金微观组织，特别是晶体学织构（Crystallographic Texture），与传统工艺产品存在显著差异。这种织构的差异直接决定了材料的各向异性和力学性能，但目前科学界对LPBF制备Inconel 625过程中，其织构是如何形成、又如何在外力作用下演化的一系列关键问题，仍缺乏深刻的理解。这极大地制约了人们通过LPBF技术“定制”理想微观组织和性能的能力。为了解决这一难题，来自重庆理工大学的研究团队在《Materials Characterization》上发表了他们的最新研究成果，深入揭示了Inconel 625在LPBF制备及后续热变形过程中，其内部织构演化的驱动机制。

本研究主要采用了以下几种关键技术方法：利用激光粉末床熔融（LPBF）技术制备了致密的Inconel 625合金样品；采用电子背散射衍射（EBSD）技术对原始态和不同应变条件下热压缩变形后样品的微观组织和织构进行了系统的定量表征；通过配备能谱仪（EDS）的扫描电子显微镜（SEM）进行显微组织观察；在Gleeble-3500热模拟试验机上进行了等温单轴热压缩实验以研究热变形行为。

微观组织与织构的初始状态

研究人员首先对LPBF制备的原始态Inconel 625进行了表征。EBSD分析显示，原始组织呈现出典型的熔池结构，内部由细长的柱状晶粒组成，并具有强烈的<100>织构，其取向密度高达27.81，这是LPBF快速凝固过程的特征性产物。

热变形行为与动态再结晶（DRX）机制

通过对样品在1020-1060°C温度范围和0.001-1 s^-1应变速率下的热压缩实验，团队绘制了其真应力-真应变曲线。结果表明，流变应力随变形温度升高而降低，随应变速率提高而增大。通过微观组织分析，研究发现Inconel 625在热变形过程中的主要软化机制是不连续动态再结晶（DDRX）。新再结晶晶粒优先在原始柱状晶的晶界处形核并长大。

织构的演化规律

这是一个核心发现。研究详细追踪了不同变形条件下织构的演变路径。在低应变条件下，原始强烈的<100>织构开始减弱，同时出现了<110>和<111>织构组分。随着应变进一步增加，动态再结晶过程加剧，<110>和<111>织构的强度显著增强，而<100>织构持续弱化。这种织构从一种主导取向向多种取向组分转变的现象，被研究者称为“织构的级联演化”。

变形机制的动态竞争

研究揭示了上述织构演化的内在物理机制是位错滑移（Dislocation Slip）与动态再结晶（DRX）之间动态竞争的结果。在变形初期，位错滑移和攀移是主要机制，主导了初始织构的转变。随着应变累积，储存能增加，动态再结晶被激活并逐渐成为主导机制。新晶粒的形核和生长几乎完全消除了变形织构，导致了随机化的晶粒取向分布。这种机制之间的竞争关系是驱动织构发生复杂级联演变的根本原因。

研究结论与讨论部分强调，这项工作系统地阐明了LPBF制备的Inconel 625镍基高温合金在热变形过程中微观织构的演化规律及其背后机理。研究明确了动态再结晶和位错滑移/攀移机制的动态竞争是驱动织构发生级联演变的根源。这一发现具有重要的理论价值和实践指导意义。在理论上，它深化了对增材制造金属材料热加工过程中组织性能定制化原理的理解。在实践中，该研究为通过精确调控LPBF工艺参数和后续热加工制度（温度、应变、应变速率）来“设计”并获得理想微观组织和性能（如弱化各向异性、提高高温性能）提供了关键的科学依据和工艺窗口指导，最终有望推动高性能定制化镍基合金部件在航空航天等领域的可靠应用。