原位热轧辅助激光定向能量沉积IN625合金的晶粒细化与力学性能提升机制研究

推荐：针对激光定向能量沉积(LDED)IN625合金中粗大柱状晶导致的强度低和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，成功制备出具有细等轴晶组织的薄壁构件。研究表明ISHR通过促进动态再结晶(DRX)和增加位错密度，使合金屈服强度(YS)提升约2倍，同时保持良好延展性(>19%)，显著改善了力学性能各向异性。该研究为增材制造合金的晶粒结构调控和性能优化提供了新思路。

　　

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部件，激光定向能量沉积(LDED)技术为此提供了解决方案。但LDED制备的IN625合金存在显著缺陷——由于复杂热流效应形成的粗大柱状晶组织，导致材料强度低且力学性能呈现严重各向异性，这极大限制了其实际应用。如何有效细化晶粒、改善性能成为当前研究的关键难题。

为突破这一技术瓶颈，由Gen Tian、Zhiqiang Ren等组成的研究团队在《Materials Advances》发表创新性研究，将原位热轧(ISHR)技术与LDED相结合，系统探究了该复合工艺对IN625合金微观组织和力学性能的影响机制。研究采用定制化轧制系统与JHL2000沉积系统集成，通过精确控制轧制温度(950-1100°C)和轧制力(8kN)，实现了沉积层同步热变形；结合X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等多尺度表征手段，揭示了ISHR诱导的微观组织演变规律；通过室温拉伸测试和原位EBSD分析，阐明了力学性能增强机制。

研究结果部分，在"表面形貌"中发现ISHR处理使样品截面更平整光滑；"晶粒尺寸与织构"章节通过EBSD分析证实，ISHR使平均晶粒尺寸从400-800μm细化至15μm，并将低角度晶界(LAGBs)比例从30.6%提升至73.3%，同时显著弱化了<001>织构；"微观结构"部分的TEM观察显示，ISHR使位错密度增加546%，几何必需位错(GNDs)密度达4.2×10¹⁴ m^-2，并发现Al₂O₃和NbC析出相尺寸从500nm细化至200nm；"拉伸性能"数据显示，ISHR处理使垂直和水平方向的屈服强度(YS)分别提升104.3%和93.7%，达到717MPa和734MPa，各向异性差异从28MPa降至17MPa。

在"强化机制"分析中，研究量化了不同强化机制的贡献：细晶强化(σ_g)和位错强化(σ_d)分别贡献约260MPa和240MPa，合计占总强度提升的65%以上。"塑性变形行为"部分通过原位EBSD发现，变形过程中低角度晶界比例从55.7%增至65.3%，晶格旋转和LAGBs形成是主要变形特征，这解释了ISHR样品在强度倍增情况下仍保持良好塑性的原因。

该研究创新性地证实ISHR辅助LDED可同步实现IN625合金的晶粒细化和性能提升：通过促进动态再结晶获得细等轴晶组织，利用热机械变形引入高密度位错，双重作用使材料强度显著提高；同时弱化的织构和均匀的晶界分布有效改善了力学性能各向异性。研究不仅为增材制造合金的微观组织调控提供了新方法，更为开发高性能各向同性材料开辟了新途径，对推动增材制造技术在关键承力部件中的应用具有重要意义。工艺中仅需8kN轧制力(较冷轧降低90%以上)的特点，更展现出良好的工程应用前景。