西安交通大學(xué)盧秉恒院士團(tuán)隊(duì)黃科教授課題組設(shè)計(jì)了一種擺動(dòng)打印+層間冷卻+短時(shí)熱處理的新型綜合策略，降低增材制造構(gòu)件內(nèi)部氣孔及裂紋，顯著提升構(gòu)件力學(xué)性能。相關(guān)論文以題為 “Enhanced comprehensive properties of directed energy deposited Inconel 718 by a novel integrated deposition strategy” 發(fā)表在Journal of Materials Science & Technology期刊。論文第一作者為2019級(jí)博士研究生席乃園，論文通訊作者為西安交通大學(xué)黃科教授。

Inconel 718 (IN718) 高溫合金因其優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、抵抗蠕變和疲勞特性等已被廣泛應(yīng)用于航空航天、核電化工等諸多領(lǐng)域。使用電弧熔絲增材制造技術(shù)快速制備/修復(fù)IN718大型零部件有望成為一種可靠的替代性工藝，以解決傳統(tǒng)制造方式制造周期長(zhǎng)、材料利用率低等劣勢(shì)。

然而，傳統(tǒng)電弧增材制造過(guò)程復(fù)雜的熱歷史和高熱輸入條件使得合金內(nèi)部元素偏析嚴(yán)重，低熔點(diǎn)共晶相富集，從而誘發(fā)微裂紋。不合理的工藝過(guò)程還會(huì)造成大量孔隙缺陷的產(chǎn)生，進(jìn)而制約該技術(shù)的廣泛推廣。

圖1 （a）傳統(tǒng)平動(dòng)制造工藝示意圖；（b）擺動(dòng)+層間強(qiáng)制冷卻策略示意圖

圖3 SEM結(jié)果顯示擺動(dòng)模式具有更低的Laves相體積分?jǐn)?shù)和更少的長(zhǎng)鏈Laves比例：（a）（c）平動(dòng)工藝統(tǒng)計(jì)結(jié)果；（b），（d）擺動(dòng)工藝統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖4 EBSD結(jié)果顯示擺動(dòng)工藝具有更寬的層間細(xì)晶帶和更小的層間等軸晶組織：（a）平動(dòng)沉積態(tài)；（b）平動(dòng)熱處理態(tài)；（a）擺動(dòng)沉積態(tài)；（b）擺動(dòng)熱處理態(tài)

圖5 采用擺動(dòng)+層間冷卻+短時(shí)熱處理方式獲得優(yōu)異的強(qiáng)度-塑性權(quán)衡：（a）沉積態(tài)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比；（b）熱處理態(tài)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比

作者們采用擺動(dòng)打印模式有效地促進(jìn)熔池?cái)U(kuò)展，提高搭接潤(rùn)濕性，防止堆積溢流，從而獲得較高的制造幾何精度。此外，極低的熱輸入和較短的氣孔逸出距離將孔隙類(lèi)缺陷減少了77.78%，在IN718中最常見(jiàn)的裂紋缺陷也被完全消除。強(qiáng)制層間冷卻過(guò)程進(jìn)一步提高了冷卻速率，大幅降低微觀偏析程度，減少長(zhǎng)鏈狀Laves相比例。最后經(jīng)短工藝改性熱處理后，沉積態(tài)試樣的各向異性力學(xué)行為同樣被消除。與傳統(tǒng)平行模式樣品相比，振蕩路徑樣品的屈服強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度分別提高了5.75%和9.25%，延伸率顯著提高了51.20%，獲得了優(yōu)異的強(qiáng)度-塑性權(quán)衡。這項(xiàng)工作為制造大型IN718零部件提供了可靠的工藝參考。