GH4099高溫合金是一種典型的沉淀硬化鎳基高溫合金。γ′相(γ′-Ni3(Al,Ti))作為合金的主要強化相，對GH4099高溫合金的強化起主要作用。此外由于W、Mo和Co元素的固溶強化，GH4099高溫合金在800-900℃時表現出優異的熱穩定性，廣泛應用于復雜形狀高溫航空航天結構零件，如航空發動機燃燒室等。但傳統的加工方法無法實現復雜結構零件設計加工，制約了GH4099高溫合金的應用。選區激光熔化（SLM）技術可以實現復雜結構零件的整體成形，為GH4099高溫合金高性能構件的設計制造提供了新的解決方案。
選區激光熔化技術具有較高的加熱熔化和冷卻凝固速率，可以顯著減少元素偏析，抑制γ-γ′共晶相的析出，為制備具有精細微觀組織和優異力學性能的合金提供快速凝固條件。SLM過程中金屬粉末的快速加熱和冷卻，沉積時GH4099中產生的殘余應力容易引起零件的變形。因此為消除殘余應力，改善SLM制備GH4099高溫合金的組織和力學性能，必須采用合適的熱處理工藝。對于SLM制備GH4099高溫合金，溫度和時間是影響熱處理過程中γ′相析出的重要因素。然而對SLM制備GH4099高溫合金組織演變和力學性能的研究較少，熱處理對γ′相析出行為的影響也未見研究。
大連理工大學材料科學與工程學院在激光選區熔化制備GH4099高溫合金領域取得新突破，通過SLM和不同熱處理制度制備出抗拉強度超過1200MPa (延伸率約40%)的高溫合金。
原文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.167813
這項研究采用SLM工藝制備了GH4099高溫合金，直接打印樣品的顯微組織主要為外延生長的柱狀晶粒，γ-γ′共晶相的形成受到抑制。固溶處理后，熔池邊界和枝晶形態消失，位錯密度明顯降低。時效處理后在基體中析出了尺寸約為10 nm的γ′相，從而提高了拉伸性能。此外，揭示了SLM GH4099高溫合金的顯微組織與屈服強度之間的對應關系。討論了不同強化機制對固溶處理和時效合金力學行為的影響。為SLM工藝制備高性能GH4099高溫合金零件提供理論指導。
(a) GH4099高溫合金粉末形貌和(b)尺寸分布
打印樣品三維光學顯微組織結構
(a)沉積態樣品XZ面SEM圖像；(b)枝晶結構放大圖；(c)胞狀結構；(d) 枝晶結構的EDS線掃數據
熱處理合金樣品的OM和SEM圖：(a, b)固溶處理合金樣品；(c-e)合金樣品在低溫下長時間時效；(f-h)中溫中時間時效合金；(i-k)高溫短時間時效
不同合金EBSD圖：(a)沉積態合金樣品；(b)固溶處理合金樣品；(c)長時間低溫時效合金樣品；(d)在中溫度、中時間時效的合金；(e)短時間高溫時效的合金；(f)不同合金的晶粒尺寸分布
不同熱處理條件下SLM制備GH4099高溫合金的室溫拉伸性能：(a)極限抗拉強度和屈服強度；(b)斷面伸縮率和延伸率
這項工作的增材制造高溫合金在室溫和高溫下的拉伸性能與文獻的比較
位錯強化和析出強化機制對不同合金屈服強度的貢獻
計算不同強化機制對GH4099高溫合金屈服強度的貢獻值
簡而言之，這項研究系統地調查了熱處理對SLM制備GH4099高溫合金微觀組織和力學性能的影響。研究結果表明SLM制備的GH4099高溫合金顯微組織主要由外延生長的柱狀晶組成，枝晶沿打印方向外延生長，平均枝晶臂間距約為400 nm。1110℃固溶處理后的樣品未完全發生靜態再結晶，γ-γ′共晶相和γ′相的析出受到抑制。隨著時效時間和溫度的增加，γ′相的平均尺寸逐漸增大，析出強化效果增大。800℃時效8 h的GH4099合金表現出優良的綜合力學性能，室溫抗拉強度和伸長率分別為1214.2 MPa和39.1%。
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