应变速率与温度耦合作用下激光粉末床熔融GH3230高温合金的动态力学行为与微观结构演变研究

本综述系统探讨了激光粉末床熔融（LPBF）技术制备的GH3230镍基高温合金在宽范围应变速率（1482–6893 s-1）及温度（-150–750°C）下的动态压缩行为。研究通过分离式霍普金森压杆（SHPB）实验揭示出显著应变速率强化效应（峰值应力提升107%）及动态再结晶（DRX）主导的柱状晶-等轴晶转变机制，表明应变速率是调控力学性能与微观结构演变的主导因素，为极端工况下增材制造高温合金构件设计提供重要理论依据。

　　

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Material Preparation

本研究采用的初始球形粉末由宁波中源新材料科技有限公司通过气雾化法制备，其化学成分（wt%）为22.2Cr-13.5W-2.21Mo-0.27Fe-1.05Co-0.36Al-0.47Mn-0.51Si-0.095C-0.011Ti-余量Ni。如图1(a)所示，所接收的GH3230粉末表现出优异的球形度，无明显团聚现象，仅少数颗粒存在卫星附着或表面突起（图1(b)）。这类微小缺陷…

Results

表1和表2系统展示了不同应变速率和温度条件下试样动态压缩试验（SHPB）的关键参数，包括气压、应变速率、冲击速度、冲击后试样尺寸、应变温度及宏观变形图像。表1中不同应变速率试样依次命名为S1至S6。所有实验均在20°C冲击温度下进行。随着气压从…

Strain rate - temperature coupling effect

在LPBF-GH3230合金中观察到显著的应变速率强化效应：当应变速率从1482 s^-1增至6893 s^-1时，峰值应力从895 MPa跃升至1853 MPa（增幅达107%），这与文献报道的增材制造镍基高温合金动态响应高度一致。该强化效应归因于两种机制的耦合作用：位错动力学强化及动态恢复能力抑制。高应变速率条件下，位错增殖速率超过湮灭速率，导致位错密度急剧上升；同时，绝热温升引发的热软化部分抵消了强化效果，形成竞争机制。微观结构分析表明，应变速率升高促使动态再结晶（DRX）和晶粒破碎过程加剧，平均晶粒尺寸从35.7 μm细化至2.36 μm。相比之下，温度对晶粒演变的影响较弱：尽管高温下热软化降低峰值应力，但由于SHPB试验中变形时间极短，所有温度下的再结晶分数均低于5%。基于EBSD的织构分析显示，应变速率诱导初始<001>//建造方向（BD）织构弱化，并逐步实现取向均匀化，同时位错密度和晶内 misorientation 增加。这些发现强调了应变速率在调控力学响应与微观结构演变中的主导作用，而温度主要通过热激活影响变形抗力。

Conclusions

本研究采用SHPB系统系统研究了LPBF-GH3230在不同应变速率和温度下的动态冲击行为，主要结论如下：

(1) 室温下材料表现出显著应变速率强化效应，峰值应力随应变速率从1482 s^-1升至6893 s^-1由895 MPa增至1853 MPa。在温度≥275°C时，热激活位错运动促进材料软化，导致极限…