定向能量沉積增材修復Inconel 718合金熔合區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)演變和析出相特征

來源：增材制造碩博聯(lián)盟

東北大學機械工程與自動化學院蘭亮云副教授（特聘研究員）團隊與中國科學院金屬研究所合作在國際頂刊《Materials Characterization》（中科院一區(qū)Top）發(fā)表最新研究成果 “Mirostructural evolution and precipitated phase characteristics in the fusion zone for the as-repaired Inconel 718 alloy by directed energy deposition additive manufacturing“，采用五種激光功率，通過定向能量沉積增材制造技術修復Inconel 718合金，在不同的凝固條件下，研究了修復后的Inconel 718試樣的熔合區(qū)(fusion zone, FZ)的微觀結(jié)構(gòu)演變和析出相特征。蘭亮云副教授為通訊作者。

研究結(jié)果表明，隨著激光功率的增加，F(xiàn)Z中的主要枝晶形貌從等軸枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢钪�晶，同時伴隨著大量Laves相從長鏈狀到塊狀的形態(tài)演變。然而，Laves相的這些形態(tài)變化不僅與凝固結(jié)構(gòu)特征有關，而且還受到逐層沉積引起的重復垂直熱循環(huán)的影響，因為多次熱循環(huán)可以被視為對FZ進行溫和的熱處理微觀結(jié)構(gòu)。一方面，隨著激光功率的增加，熱積累效應逐漸增強，有利于Laves相部分溶解；另一方面，富Nb區(qū)析出大量γ''相、γ'相和δ相。當激光功率為1400W時，5個修復樣品中Laves+δ相的體積分數(shù)最高，而γ'+γ''相的體積分數(shù)最低，導致顯微硬度最低。

研究亮點

1）隨著激光功率的增加，F(xiàn)Z中的主要枝晶形貌從等軸枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢钪�晶�?br />
2）Laves相的形態(tài)受到凝固結(jié)構(gòu)和重復垂直熱循環(huán)的影響；

3）大量聚集在富Nb區(qū)的γ''、γ'和δ相有助于Nb元素偏析和熱歷史；

4）在1400W時，Vol(γ’+γ”)最低，Vol(Laves+δ)最高，顯微硬度最低。

圖1. (a)用于焊接的部分熔池示意圖，(b)形貌因素對凝固模式的影響，(c∼g)底部典型微觀組織特征 在不同激光功率下修復 Inconel 718 樣品：(c) 800 W、(d) 1000 W、(e) 1200 W、(f) 1400 W、(g) 1600 W

圖2 不同激光功率下FZ的凝固組織形貌和析出相特征：（a）800 W，（b）1000 W，（c）1200 W，（d）1400 W，（e）1600 W，（ f) 典型拉夫斯相的化學成分

圖3 多次熱循環(huán)下長鏈Laves相溶解和δ相析出機理示意圖

關鍵結(jié)論

在該研究中，在五種不同的凝固條件下詳細研究了DED修復后的Inconel718樣品FZ的微觀結(jié)構(gòu)演變和沉淀相特征。以下是主要發(fā)現(xiàn)的簡要總結(jié)：

(1) 隨著激光功率的增加，F(xiàn)Z中的主要枝晶形貌從等軸枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢钪�晶，這主要歸因于形貌因子逐漸增加。

(2) FZ中Laves相的形貌受到凝固結(jié)構(gòu)和多次熱循環(huán)的影響。低激光功率下形成的長鏈Laves相主要歸因于大量的等軸枝晶，而高激光功率下形成的塊狀Laves相可能是由于Laves相在激光作用下部分溶解所致。FZ的重復垂直熱循環(huán)。

(3) 逐層沉積引發(fā)的多次熱循環(huán)被視為對FZ微觀結(jié)構(gòu)進行溫和時效處理過程。富Nb區(qū)析出大量δ相、γ'相和γ''相。當激光功率為1400W時，修復后的5個樣品中Vol（Laves+δ）最高，這可能歸因于適合δ相快速析出的溫度場分布。然而，γ'和γ''相的體積分數(shù)在1400W時最低，導致顯微硬度最�。▇356HV）。

論文引用

Zhang Y, Lan L, Shi Q. Microstructural evolution and precipitated phase characteristics in the fusion zone for the as-repaired Inconel 718 alloy by directed energy deposition additive manufacturing[J]. Materials Characterization, 2023: 113222.
https://doi.org/10.1016/j.matchar.2023.113222