【摘 要】
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激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）是一种高精度快速成形的增材制造工艺,由于独特“点-线-面-体”逐步垒加的加工方式和高度自由的成形参数,使其在零件制造一体化、结构轻量化设计、材料成分梯度化和形状功能复杂化等方面具有突出的优势。另一方面,Inconel 718（IN718）镍基高温合金由于具有优异的高温力学性能、良好的焊接性、抗氧化和耐腐蚀性,在航空航天、能源化工
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激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）是一种高精度快速成形的增材制造工艺,由于独特“点-线-面-体”逐步垒加的加工方式和高度自由的成形参数,使其在零件制造一体化、结构轻量化设计、材料成分梯度化和形状功能复杂化等方面具有突出的优势。另一方面,Inconel 718（IN718）镍基高温合金由于具有优异的高温力学性能、良好的焊接性、抗氧化和耐腐蚀性,在航空航天、能源化工等领域应用广泛。SLM为镍基合金复杂零部件的直接成形提供了全新的解决方案。但由于SLM工艺所形成的位错亚晶结构和柱状晶等特征组织与传统成形IN718合金微观组织存在极大差异,目前对SLM成形IN718合金微观组织的形成和演变规律及其与力学性能的关联性认识不足,严重制约了SLM成形IN718合金零部件在航空航天和能源化工领域中的应用推广。在此背景下,本文对比分析了不同SLM成形工艺和后续热处理制度制备的IN718合金的微观组织和力学性能,旨在探究SLM成形IN718特征组织的形成与演化规律,理解特征组织和力学性能之间的内在关系,具体研究内容及结论如下:分析了激光体能量密度对SLM成形IN718晶粒外延生长和胞状亚晶尺寸的影响。结果表明,随着激光体能量密度的降低,晶粒外延生长受到抑制,柱状晶趋于向等轴晶转变;与此同时,胞状亚晶尺寸逐渐降低,Laves偏析相由点状分布转变为网状分布。探究了SLM成形IN718合金中胞状亚晶结构在后续固溶热处理过程中的演变行为,发现随着固溶时间的延长,合金中初始位错与亚晶界释放出的位错发生反应,亚晶粒通过小角度偏转实现合并。直观上表现为亚晶界分解为位错,位错发生偏转湮灭直至亚晶界完全消失。以此为指导,在1080℃短时间固溶处理1 h可以保留胞状亚晶结构,亚晶结构的保留可以起到同时提高SLM成形IN718合金强度与塑性的作用。进一步研究了SLM成形IN718合金晶界和亚晶界处第二相在后续固溶热处理过程中的析出行为。当在980℃固溶处理时,δ相会在晶界和亚晶界残余的Laves相处进行形核生长,最终形成了δ相和Laves相的复合颗粒;在1080℃进行固溶处理时,Laves相完全消除,但仍存在两种类型的碳化物,其中亚晶界处的Ti C为SLM成形过程中形成,晶界处的Nb C为固溶处理过程中形成。上述不同固溶温度处理导致的第二相颗粒的差异对SLM成形IN718合金室温拉伸性能影响不大,但对其高温拉伸性能影响显著。对比研究了SLM成形IN718合金和锻造IN718合金微观组织中沉淀强化相析出行为。发现由于位错亚晶结构的存在,在固溶处理阶段SLM成形合金晶粒的稳定性高于锻造合金;在后续双级时效阶段SLM成形IN718合金中γ’’相析出比锻造IN718合金更为迅速。综合以上各种因素考虑,最终确定SLM成形IN718合金的最佳后续热处理制度为1080℃,1 h/空冷,720℃,4 h/炉冷（冷速为55℃/h）至620℃,8 h/空冷。
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