摘要:

研究论文 ● 开放获取阅读更多

1.文章导读

激光增材制造Hastelloy X镍基高温合金在航空航天热端部件领域具有显著的应用前景，但室温与高温力学性能不足仍是制约其广泛应用的关键瓶颈。中南大学李瑞迪教授与甘科夫副教授在SCI期刊《极端制造（英文）》（International Journal of Extreme Manufacturing, IJEM）上发表了“Achieving exceptional strength-ductility synergy in additively manufactured Hastelloy X superalloys by stabilizing cellular structures via Ta addition”的研究性论文。该论文提出了一种新的钽合金化策略来稳定激光增材制造Hastelloy X镍基高温合金中的胞结构，从而在较宽的温度范围内获得强度和延展性之间的出色匹配。

2.图文解析本研究的创新之处在于通过钽合金化策略来稳定激光增材制造Hastelloy X镍基高温合金中的胞结构，解决了在室温和高温下增材制造的Hastelloy X高温合金面临的机械性能不足的重大挑战。

图1 激光增材制造Hastelloy X镍基高温合金原料与工艺。研究团队通过在Hastelloy X镍基高温合金粉末中添加不同含量的纯Ta粉末，采用激光增材制造技术成形不同Ta含量镍基高温合金；发现随着Ta含量的增加，合金中胞结构的形态发生转变，由原始的位错缠结胞转变为元素偏析胞，胞结构的平均尺寸也不断减小，如图2所示。

图2 不同Ta含量合金样品显微组织演化。随着Ta含量的增加，合金室温与高温抗拉强度不断提升。其中，Ta含量为7.5 wt.%时，合金的室温抗拉强度和断后伸长率分别达到1214 MPa和28.4%，较原始打印态Hastelloy X合金分别提高了47%和10%。另外，在合金在650℃下的拉伸强度和断后伸长率分别显著提高到843 MPa和26.8%。与现有文献报道的激光增材制造Hastelloy X合金的力学性能相比，该合金试样具有更加优异的强度-塑性协同性。

图3 Ta元素添加对激光增材制造Hastelloy X镍基高温合金室温与高温力学性能的影响。根据室温与高温变形微观结构表征（图4和图5），揭示了合金在室温与高温下的强韧化机制（图6）。合金中Ta的添加形成的胞界Ta/Mo局部偏析和沿胞界原位析出MC碳化物沉淀协同作用增强了胞结构的稳定性，稳定的胞结构在室温与高温变形过程中充当连续的骨架网络，促进了合金强度-塑性的协同提升。

图4 Ta元素添加对激光增材制造Hastelloy X合金室温变形组织影响。

图5 Ta元素添加对激光增材制造Hastelloy X合金高温变形组织影响。

图6 Ta元素添加对激光增材制造Hastelloy X合金室温与高温强韧化机制影响示意图。

3.总结与展望本研究提出了一种简单而有效的Ta合金化策略，以提高激光增材制造Hastelloy X镍基高温合金的成形质量与力学性能；为宽温度范围内具有优异强度-塑性协同的激光增材制造镍基高温合金成分设计提供了新的见解。