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3、抗拉1.6GPa，延伸率8.1%！激光輔助增材制造高強韌空間異質結構鋼
激光粉床熔化成形，鎳基合金將成為3D打印最新材料
表1 L-PBF成形IN625合金零件主要缺陷及形，XRD結果表明L-PBF成形的IN625合金由γ基，合金凝固方程為L→L+γ→L+γ+NbC+Lave，很容易形成Laves相和NbC相，由于冷卻時間短，碳化物來不及生長，數量遠少于Laves相，合金拉伸性能呈現出典型的各向異性特點。
拉升強度沿著水平方向高于沿著豎直方向，層與層之間的邊界處在SLM沉積過程中的性能弱區，容易發生組織粗化，強度較低，同時容易產生裂紋，裂紋沿著層層邊界進行拓展，這是導致沿著豎直方向沉積LPBF-IN625試樣力。
背景介紹，增材制造又稱為3D打印，是近30年發展起來的一種先進制造技術，理論上，增材制造技術可以將任何CAD模型轉化為物理實體，這極大地增加了復雜零件的幾何設計自由度和制造能力。
圖2 “As-built”態IN625合金的宏觀形，Inconel 625 (IN625)是一種鎳基高，主要利用Ni-Cr基體中如鉬(Mo)和鈮(Nb)等，同時在不同環境中的耐蝕性和可焊性也較好，然而，IN625由于其高硬度、低導熱系數和高加工硬化率，被認為是難加工或難以用減材制造的合金，在機械加工的過程中。
機加工刀具的磨損很快，并且這種材料在鑄造或鍛造時較難控制其性能，因此很有必要探索Inconel 625鎳基高溫合金，從而大量減少傳統制造中所需的機加工，同時也可以極大的提高零件的設計自由度，增加內部復雜冷卻流道等，圖1 激光粉床熔化技術示意圖【30】，析出相。
（3） 建立預測LPBF-IN625合金組織演變和，即建立LPBF參數、組織、殘余應力和力學性能之間的，目前，航空航天行業對于極端溫度和環境下部件的性能和效率要，激光粉床熔化已成為生產復雜高效IN625部件的極具。
與L-PBF過程相關的變量有很多，如激光功率、掃描速度、掃描間距和層厚等，所有這些變量都需要進行適當的控制，以成功且可靠地形成最終可用的部件，否則將導致球化、變形、氣孔、裂紋和低致密度等嚴重影，此外，“As-built”態的L-PBF成形的零件表面質。
因此常常需要表面加工、熱處理等后處理過程，總結與展望，采用均勻光斑時，熔池底部獲得良好的外延生長，對流不足以破壞原有的生長特點，晶體依舊沿著最有利的，方向生長。
并逐步向上延伸，經過EBSD分析，對于高斯光斑區，外延區單晶很少，大約只有0.5mm。
而在均勻光斑區，單晶外延在中部可以達到4mm的高度，表2 不同文獻中L-PBF成形IN625零件的力學，近日，《Applied Sciences》上發表的題為“。
系統地總結了近年來有關L-PBF成形IN625合金，從消除或緩解構件中的殘余應力，提高成形質量（改善表面粗糙度、致密度、微觀組織和力，介紹了一些有效的解決方案，如調整激光參數、基體預熱、表面加工、添加增強相、進，為提高IN625鎳基合金L-PBF成形零件的綜合性，最后。
文章還指出了L-PBF成形IN625合金零件研究中，L-PBF作為一種重要的增材制造技術，為復雜零部件的生產提供了巨大的潛力，目前對L-PBF成形IN625合金的研究主要集中在，由于LPBF工藝涉及冶金、物理、化學、熱耦合等復雜。
工藝參數之間的匹配關系非常復雜，因此目前IN625的L-PBF工藝參數還不成熟，如試樣中經常存在較大殘余應力而導致裂紋產生，層間也經常出現孔洞、裂紋、夾雜等其它缺陷，文章鏈接：A Review on Laser Po，（選區激光熔化成形、鎳基合金、激光粉床熔化成形、金，力學性能。
圖4 不同激光能量形式下成形件縱截面EBSD取向分，由于LPBF-IN625合金中存在織構，試樣的性能各向異性經常出現，但有時成形面之間的性能差異并不理想，此外，非平衡凝固導致基體金屬中合金元素的固溶極限顯著提高，使得L-PBF零件的性能不同于傳統的塊體材料，迄今為止。
對IN625的L-PBF的研究主要集中在顯微硬度和，而對其它重要性能如高溫拉伸強度、耐腐蝕性和蠕變性能，因此，今后的研究應著重于以下幾個方面：，微觀組織，成形缺陷，對于金屬來說。
激光粉床熔化成形（L-PBF: laser pow，也稱為選區激光熔化成型SLM）主要利用高能量激光束，在凝固和冷卻后可形成高性能部件，是最有前景的增材制造技術之一，該項技術尤其適合于小批量、高精度、個性化、復雜結構。
在航空航天、生物醫療、汽車、磨具等領域具有廣泛的應，圖5 L-PBF成形IN625的微觀晶粒拓撲結構圖，Key words: Selective lase，Ni based alloy，Laser powder bed fusion，Inconel 625。
Heat treatment，Mechanical properties，和大多數L-PBF成形合金類似，as-built態的IN625合金主要由胞狀枝晶和，晶粒均勻細小，具有明顯的快速凝固特征，試樣主要由單一的奧氏體相構成，由于激光工藝參數的影響。
試樣內存在夾雜、孔洞、裂紋、層間未熔合等缺陷，并且試樣內高程度的殘余應力只能通過后期的高溫熱處理，圖3 Ni基合金L-PBF態EBSD取向分布圖[6，各向異性，（2） 研究LPBF-IN625合金的高溫和低溫性，闡明其形成原因。
特別是“As-built”態和后處理狀態下宏觀各向，L-PBF成形Ni基合金大都具有明顯的各向異性，大部分晶粒沿著，方向生長，在熔池的邊界分布有大量的細小晶粒。
織構呈現典型的{100}，型立方織構，成形件晶粒生長方向與掃描策略密切相關，當采用十字交叉掃描方式，晶粒最快生長方向，垂直于成形基板。
當采用單向掃描時，晶粒的生長方向與成形方向成60度夾角，這種現象主要由于激光點光源運動時，熱流方向并不是完全與生長方向對稱引起的，（1） 對IN625合金鑄態和后處理后的宏觀缺陷和，深入探討宏觀缺陷（氣孔、微裂紋、球化、未熔化區）的，總體特征&殘余應力。
r30155鐵基高溫合金
管材系列規格：外徑φ1.0-φ160 壁厚φ0.2，材系列規格：厚度1MM-100MM，主要規格：，帶（卷）材系列規格：厚0.03-2.50，非標特殊產品可按客戶要求生產/加工，圓棒系列規格：直徑φ1-φ500。
雙相鋼、耐熱鋼、耐熱合金、耐蝕合金、奧氏體鋼、馬氏，適用于石油、化工、船舶、核工、、及礦山等行業，產品有：17-4PH，棒 材鍛件法蘭，2520，棒材圓鋼鍛件F51圓鋼棒材 4 耐熱合金 Ns33。
線材系列規格： 厚0.05-3.00，r30155鐵基高溫合金。
抗拉1.6GPa，延伸率8.1%！激光輔助增材制造高強韌空間異質結構鋼
Fe-18.3Ni-9.1Co-4.9Mo-0.7，wt%）和AISI420不銹鋼粉末（，圖16 MS/SSSHM的機械性能與(a)AM處理，301)的比較SS/420SS、銅青銅、Al/Ti，圖11 HTed h2 SHM 樣品在拉伸試驗期間，圖12 拉伸試驗后h2樣品的EBSD分析，(a)顯示靠近裂縫位置的EBSD測量區域的示意圖，(b)區分MS和SS區域的EDS映射分析。
(c)IPF和(d)GND映射，本研究使用了兩種氣體霧化球形粉末，即300級馬氏體時效鋼（C300MS）粉末（，圖2 顯示缺陷3D分布的CT切片和斷層照片，(a)取自h1=1.35mm樣品的典型CT截面，(b)h1=1.35mm和(c)h2=1.5mm樣。
圖3 具有不同開口間距值的LAAM處理的SHM的3，然而，上述四種由增材制造處理的多材料系統都具有層狀結構的，即僅沿一個方向的異質結構，這些層狀異質結構背后的加工方法和設計動機可能受到A，這些異質材料系統無法充分利用增材制造在復雜異質結構，此外。
它們還傾向于表現出各向異性的機械性能，這在研究和工業應用之間造成了差距，鏈接：https://www.sciencedir，圖5 h2=1.5mm和h4=2mm加工的SHM的，(a)顯示兩個樣品不同形貌的低倍圖像，以及顯示(b)和(c)中的h2樣品以及(d)至(f，圖13 單片C300MS、420SS和MS/SSS，圖1 粉末和實驗過程。
(a)粉末形態和送粉路線，(b)LAAM工藝示意圖，(c)顯示空間異質結構鋼的逐步LAAM沉積工藝的示，圖6 (a)EDS映射和(b)沿h2樣品構建方向(，元素組成以wt.%為單位，圖4 SHM樣品在頂部(X-Y)平面上觀察到的微觀，顯示暗MS和亮SS軌跡。
(e)和(f)分別為(b)中標記的e和f區域的近距，Fe-13.78Cr-1.04Mn-0.85Si-，wt%），沉積過程使用內部開發的粉末吹制LAAM系統進行，該系統配備1kWIPG鐿(YLR-1000-MM-，粉末的形態和粉末流動路徑如圖1a所示。
兩種粉末從TWIN10-C送粉器（Oerlikon，LAAM工藝的示意圖如圖1b所示，本文首次報道了使用LAAM加工的MS/SS材料的非，旨在將兩種材料的優點整合為一個部分，以實現強度-延展性的協同作用，增材制造(AM)的最新進展為加工異質金屬材料提供了，現有關于AM異質結構材料的文獻主要可分為四類：（i，例如銅合金基板上的馬氏體時效鋼的AM。
在這種情況下，界面可能會出現從材料A到B的急劇過渡，由于物理和冶金不匹配，裂紋很容易在界面中萌生，(ii)材料A在材料B上的AM。
材料C作為中間層，可以緩解界面失配，因為中間材料C通常在材料A和B之間具有良好的相容性，此外，中間層還抑制脆性相（金屬間化合物或金屬碳化物）在結，值得注意的是，中間層可以在激光工藝期間原位形成。
而無需在A和B之間沉積另一種材料，(iii)材料A和B的AM，兩種材料的重量百分比梯度變化，這允許更平滑的過渡在材料A和B之間的機械性能方面，（iv）材料A和材料B的AM沉積交替形成層狀結構，例如交替的Inconel625合金和316L不銹鋼，最近也有報道。
導讀：當前的異質結構材料具有平衡強度-延展性相悖問，但也面臨著異質區分布和力學各向異性的挑戰，本研究探索了具有非層狀空間異質結構材料 (SHM)，大幅度增強整體性能，事實證明，開口間距 (h) 對SHM的微觀結構演變和機械性能，它影響層厚度和相互稀釋區域。
在多尺度上評估了SHM的機械性能，h為1.5 mm的樣品具有約1.6 GPa的高抗拉，顯示出良好的強度-延展性組合，與文獻中報道的許多層狀和線性功能梯度材料相比，SHM 的強度要高得多，研究結果強調了一種新的方法。
通過使用多種材料的LAAM，遵循可配置的體系結構，可以開發具有可調性能的非層狀空間異質結構材料，圖9 MS/SSSHM以及單片MS和SS樣品的工程，(a)不同h值對SHM樣品拉伸應力-應變的影響，和(b)AISI420、C300MS和h2SHM樣。
圖15 開口間距對斷裂行為和斷裂機制的影響，(a)和(b)h1=1.35mm樣品，(c)多層金屬中強度和層厚度之間關系的示意圖，(d)和(e)h2=1.5mm樣品，(f)和(g))h4=2.0mm樣品，圖7 h2樣品的EBSD分析，(a)對應于圖6a區域的低倍率IPF和(b)SS和。
(c)對應于(b)顯示不同結構形態的帶對比度圖，以及(d)邊緣的IPF，在此，新加坡制造技術研究院譚超林等人探索了使用激光輔助增，以形成具有可配置架構的空間異質結構材料(SHM)，研究了工藝參數對空間異質結構和力學性能的影響，研究了兩種材料之間的微觀結構演變和潛在的強化機制，此外。
還監測了原位變形行為，并討論了斷裂機制，這項研究強調了使用增材制造促進具有空間異質結構的多，相關研究成果以題“Laser aided addi，SHM樣品的強度比層狀材料和線性FGM高得多，ROM和HDIS解釋了潛在的強化機制，在拉伸過程中DIC原位觀察到的SHM中的多個變形帶，這與TRIP效應一起有助于良好的延展性。
研究結果展示了一種通過使用AM將多種材料的優點整合，這項工作可以激發具有可配置架構的空間異質結構材料的，以獲得卓越的性能和新穎的功能，同時，這項工作也有一些局限性，需要進一步研究，例如如何控制熔池和稀釋區域的尺寸分辨率，沿Z方向拉伸試驗或壓縮試驗來檢查力學各向異性。
特性，并通過有限元模擬進一步了解變形過程中的3D應變/應，此外，使用線粉或線材作為增材制造的基于電弧/激光的增材制，目前尚缺乏探索，將是未來的研究熱點，圖8 LAAM處理的SHM的硬度分布，(a)多個激光軌跡的硬度轉變。
以及顯示(b)預制和(c)高溫處理后條件下h2樣品，圖14 SHM選定區域的微柱壓縮測試，(a)顯示微柱位置以及測試前代表性微柱形態的概覽，(b)不同微柱的壓縮應力-應變曲線，以及(c)-(f)柱1至4的SEM斷裂圖像測試后。
圖10 拉伸試驗后SHM樣品的SEM斷口分析，(a)到(d)分別用于h1到h4SHM樣本，以及(e)在h3SHM樣本上的EDS映射，使用傳統合金設計通過改變均質材料的化學成分或微觀結，例如，增加碳含量是制造高強度鋼最有效和最經濟的方法之一，但它可能會導致延展性、焊接性和加工性下降。
以及開裂傾向的增加等副作用，具有成分、相和微觀結構異質性的材料，例如層壓材料、成分、晶粒或織構分級材料、諧波結構和，往往會導致性能增強，這些雜區中的相互作用產生了協同效應，例如，已經證明在層壓結構中誘發的幾種微觀機制。
如裂紋橋接、裂紋鈍化和應力重新分布，可以延遲部件斷裂，此外，通過冷軋加工的疊層鋼也突出了不同疊層結構對調整疲勞，目前，異質結構材料主要通過冷軋、表面處理（如表面機械磨損，然而。
這些方法在控制異質區域的體積分數和分布方面面臨挑戰，或者在組件的尺寸和幾何形狀方面受到限制，因此，缺乏通用且成熟的加工方法來制造具有可配置架構的塊狀。
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