第一作者：周游
通訊作者：黃科
通訊單位：西安交通大學(xué)
來源： 材料科學(xué)和技術(shù) [color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] [color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]
DOI: 10.1016/j.jmst.2024.03.008

       本文開展了激光定向能量沉積修復(fù)Inconel718高溫合金跨區(qū)域微觀組織及力學(xué)性能的調(diào)控研究。首次提出一種低溫短時長均勻化接續(xù)時效的新型熱處理制度用來強(qiáng)化修復(fù)合金，溶解修復(fù)區(qū)內(nèi)Laves共晶相的同時實現(xiàn)γ"強(qiáng)化相的全域均勻析出。對比傳統(tǒng)直接時效處理的修復(fù)合金，新制度處理后樣品在保持高屈服強(qiáng)度不變的前提下延展率提升了近1倍，為析出強(qiáng)化型合金修復(fù)件的后處理制度設(shè)計提供了理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支撐。

研究背景
由于服役環(huán)境惡劣，在航空、能源等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的高附加值Inconel718高溫合金構(gòu)件常發(fā)生失效，實現(xiàn)損傷構(gòu)件的高質(zhì)量修復(fù)對促進(jìn)行業(yè)開展降本增效意義重大。為規(guī)避鍛造基底過熱，行業(yè)目前一般對Inconel718高溫合金修復(fù)件進(jìn)行直接時效處理。然而，這導(dǎo)致修復(fù)區(qū)內(nèi)殘留的硬脆Laves相嚴(yán)重劣化修復(fù)件的塑性、韌性和抗疲勞性。對此，本團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)通過激光定向能量沉積成形的修復(fù)區(qū)域具有非平衡快速凝固組織特征，修復(fù)區(qū)域枝晶間的Laves相尺寸和含量遠(yuǎn)小于鑄造、焊接成形Inconel718高溫合金。因此，理論上存在既可實現(xiàn)修復(fù)區(qū)Laves相溶解同時又規(guī)避鍛造基底晶粒嚴(yán)重粗化的熱處理工藝窗口。對此，本工作提出了一種低溫短時長均勻化接續(xù)時效的新型熱處理制度，研究新制度下修復(fù)合金的跨區(qū)域微觀組織與力學(xué)性能的演變機(jī)理，推動增材制造在高端裝備零部件修復(fù)領(lǐng)域的工程化應(yīng)用。

本文亮點
西安交通大學(xué)盧秉恒院士團(tuán)隊黃科教授等人提出一種低溫短時長均勻化接續(xù)時效的新型熱處理制度用以調(diào)控增材修復(fù)Inconel718高溫合金的組織性能。研究發(fā)現(xiàn)低溫短時長均勻化處理可在有效溶解修復(fù)區(qū)內(nèi)殘留鏈狀Laves相的同時規(guī)避鍛造基底等軸細(xì)晶的嚴(yán)重粗化，接續(xù)的時效處理則進(jìn)一步實現(xiàn)了γ"相的全域析出。得益于硬脆共晶相的溶解與強(qiáng)化相的彌散析出，新制度處理后修復(fù)合金實現(xiàn)了相結(jié)構(gòu)的跨區(qū)域均勻分布并改善了修復(fù)區(qū)、基底和熱影響區(qū)間的應(yīng)變協(xié)調(diào)能力。新制度處理后增材修復(fù)合金的優(yōu)異強(qiáng)塑性將顯著提高構(gòu)件在極端載荷條件下的服役安全并延長構(gòu)件的剩余壽命。相關(guān)研究成果以“Enhanced strength and ductility of laser directed energy deposition repaired IN718 superalloy via a novel tailored heat treatment”為題，發(fā)表在“Journal of Materials Science & Technology”上。

圖文解析
 

總結(jié)與展望
為解決直接時效處理增材/焊接修復(fù)服役態(tài)Inconel 718高溫合金強(qiáng)度有余但塑性欠佳的行業(yè)難題，本文首次提出了一種低溫短時長均勻化接續(xù)時效的新型熱處理制度，系統(tǒng)研究了新型與傳統(tǒng)熱處理后激光定向能量沉積修復(fù)Inconel718高溫合金的組織與性能。結(jié)合OM/FE-SEM/EBSD/TEM等表征技術(shù)，對比分析了修復(fù)區(qū)/熱影響區(qū)/基底跨區(qū)域不均勻晶粒結(jié)構(gòu)與相結(jié)構(gòu)的演變機(jī)理。結(jié)果表明，新制度處理后修復(fù)區(qū)內(nèi)Laves相的溶解極大規(guī)避了合金提前失效的風(fēng)險，同時跨區(qū)域彌散、均勻分布的γ"相既充分保障了析出強(qiáng)化效應(yīng)又改善了跨區(qū)域的應(yīng)變協(xié)調(diào)能力。對比直接時效處理的修復(fù)合金，新制度處理后的修復(fù)合金在強(qiáng)度不變的前提下延展率提升了僅1倍，綜合性能也超過了鍛造合金標(biāo)準(zhǔn)。未來團(tuán)隊擬對增材修復(fù)Inconel718高溫合金的疲勞、沖擊等關(guān)鍵服役性能開展深度測試評估，推廣相關(guān)增材制造技術(shù)與后熱處理制度在高附加值損傷件修復(fù)中的實際應(yīng)用。

作者介紹
黃科，西安交通大學(xué)教授/博士生導(dǎo)師，國家級青年人才。長期致力于金屬增材制造、激光沖擊強(qiáng)化等工藝研究與裝備開發(fā)。主持基礎(chǔ)加強(qiáng)重點課題、兩機(jī)專項專題、173領(lǐng)域基金、國家自然科學(xué)基金面上等項目20余項。在Prog Mater Sci、Acta Mater、Int J Mach Tools Manuf、Addit Manuf、Int J Plasticity和J Mater Sci Technol等學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文100余篇，入選愛思維爾2023中國高被引學(xué)者，授權(quán)國家發(fā)明專利30余項。
 

課題組網(wǎng)站鏈接：http://gr.xjtu.edu.cn/web/ke.huang
招聘信息：課題組長期招收金屬增材制造相關(guān)方向（拓?fù)鋬?yōu)化、在線監(jiān)測、數(shù)值模擬、數(shù)字孿生、材料設(shè)計等）博士后1-2名。

引用本文

You Zhou, Xuewei Fang, Naiyuan Xi, Xiaoxin Jin, Kexin Tang, Zhiyan Zhang, Qi Zhang, Yang Yang, Ke Huang, Enhanced strength and ductility of laser-directed energy deposition repaired IN718 superalloy via a novel tailored heat treatment, J. Mater. Sci. Technol. 199 (2024) 86-101.

(責(zé)任編輯：admin)

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