西安交通大学卢秉恒院士团队黄科教授课题组设计了一种摆动打印+层间冷却+短时热处理的新型综合策略，降低增材制造构件内部气孔及裂纹，显著提升构件力学性能。
相关论文以题为 “Enhanced comprehensive properties of directed energy deposited Inconel 718 by a novel integrated deposition strategy” 发表在Journal of Materials Science & Technology期刊。本期谷.专栏将分享该文的主要内容。
论文链接：
DOI: 10.1016/j.jmst.2022.09.026
研究背景
Inconel 718 (IN718) 高温合金因其优异的高温强度、抵抗蠕变和疲劳特性等已被广泛应用于航空航天、核电化工等诸多领域。使用电弧熔丝增材制造技术快速制备/修复IN718大型零部件有望成为一种可靠的替代性工艺，以解决传统制造方式制造周期长、材料利用率低等劣势。
然而，传统电弧增材制造过程复杂的热历史和高热输入条件使得合金内部元素偏析严重，低熔点共晶相富集，从而诱发微裂纹。不合理的工艺过程还会造成大量孔隙缺陷的产生，进而制约该技术的广泛推广。
图文解析
图1 （a）传统平动制造工艺示意图；（b）摆动+层间强制冷却策略示意图。
图2 使用光学显微镜统计样本缺陷分布及孔隙率特征：（a）平动工艺；（b）摆动工艺。
图3 SEM结果显示摆动模式具有更低的Laves相体积分数和更少的长链Laves比例：（a）（c）平动工艺统计结果；（b），（d）摆动工艺统计结果。
图4 EBSD结果显示摆动工艺具有更宽的层间细晶带和更小的层间等轴晶组织：（a）平动沉积态；（b）平动热处理态；（a）摆动沉积态；（b）摆动热处理态。
图5 采用摆动+层间冷却+短时热处理方式获得优异的强度-塑性权衡：（a）沉积态统计结果对比；（b）热处理态统计结果对比。
结论展望
研究团队采用摆动打印模式有效地促进熔池扩展，提高搭接润湿性，防止堆积溢流，从而获得较高的制造几何精度。此外，极低的热输入和较短的气孔逸出距离将孔隙类缺陷减少了77.78%，在IN718中最常见的裂纹缺陷也被完全消除。强制层间冷却过程进一步提高了冷却速率，大幅降低微观偏析程度，减少长链状Laves相比例。最后经短工艺改性热处理后，沉积态试样的各向异性力学行为同样被消除。与传统平行模式样品相比，振荡路径样品的屈服强度和极限抗拉强度分别提高了5.75%和9.25%，延伸率显著提高了51.20%，获得了优异的强度-塑性权衡。这项工作为制造大型IN718零部件提供了可靠的工艺参考。
论文原文引用信息：
Naiyuan Xi, Kexin Tang, Xuewei Fang, Yan Li, Yusong Duan, Ke Huang*, Enhanced comprehensive properties of directed energy deposited Inconel 718 by a novel integrated deposition strategy, J. Mater. Sci. Technol. 141 (2023) 45-55.
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