激光定向能量沉积IN625合金的宽温域拉伸变形行为与唯象本构模型研究

为解决激光定向能量沉积(LDED)IN625合金因柱状晶粗大导致的强度低、力学性能各向异性问题，研究人员创新性地采用原位热轧(ISHR)辅助LDED技术制备薄壁构件。结果表明，ISHR能促进细等轴晶形成并提高位错密度，使合金屈服强度(YS)翻倍的同时保持良好延展性，显著改善力学性能各向异性。该研究为增材制造合金消除柱状晶结构、提升综合性能提供了可行路径。

　　

镍基高温合金IN625因其优异的高温强度和耐腐蚀性，在航空航天、海洋工程等领域具有重要应用价值。然而，传统加工方法难以制造复杂形状的IN625部件，而新兴的激光定向能量沉积(LDED)技术虽然能解决这一难题，却面临一个突出瓶颈——沉积过程中形成的粗大柱状晶结构会导致材料强度显著低于锻件，并产生严重的力学性能各向异性。这种"强度-塑性倒置"现象严重制约了LDED技术在关键承力部件制造中的应用。

为突破这一技术瓶颈，Gen Tian等研究团队在《Materials Advances》发表创新性研究，提出将原位热轧(ISHR)技术与LDED工艺相结合的新策略。研究人员通过定制化轧制系统，在沉积过程中对高温状态(950-1100°C)的IN625合金薄壁件施加8kN轧制力，系统研究了ISHR对微观结构和力学性能的影响机制。

该研究主要采用四项关键技术：1) ISHR辅助LDED设备集成技术，实现轧制系统与沉积喷嘴的同步运动控制；2) 电子背散射衍射(EBSD)原位表征技术，追踪拉伸过程中的晶格旋转和晶界演化；3) 透射电子显微镜(TEM)分析位错密度和析出相分布；4) 基于Scheil-Gulliver方程的非平衡凝固相组成模拟。

研究结果部分，通过"表面形貌"分析发现ISHR处理使样品截面平整度显著提升。在"晶粒尺寸与织构"章节，XRD和EBSD数据显示ISHR使柱状晶(400-800μm)转变为15μm等轴晶，织构强度从17.72降至2.51。"微观结构"部分的TEM观察揭示ISHR使位错密度增加546%，并细化Al₂O₃和NbC析出相尺寸(从500nm降至200nm)。"拉伸性能"测试表明ISHR使屈服强度(YS)从351MPa提升至734MPa，各向异性差异从28MPa降至17MPa。

在"强化机制"分析中，研究者量化了不同强化机制的贡献：细晶强化(σ_g)占比从13%提升至34.7%，位错强化(σ_d)贡献达240MPa。通过"塑性变形行为"的原位EBSD观测，发现晶格旋转和低角度晶界(LAGBs)形成是主要变形特征，LAGBs比例从55.7%增至65.3%，这种独特的变形机制解释了样品在强度倍增时仍保持19%延伸率的原因。

研究结论指出，ISHR通过促进动态再结晶(DRX)实现晶粒细化，同时高密度位错(4.2×10¹⁴ m^-2)为强化提供充足储能。该方法不仅使YS提高104%，更通过弱化织构和形成等轴晶结构有效改善力学各向异性。该工作为增材制造高性能各向同性合金提供了重要技术参考，对推动LDED技术在关键部件制造中的应用具有显著工程价值。