摘要：本文系统研究了选择性激光熔化(SLM)成形Inconel 625合金在不同粉末层厚度下的显微组织与力学性能，深入分析了晶体织构形成机制及不同强化机制对屈服强度的贡献。研究发现：SLM成形合金的熔池主要由外延生长的柱状枝晶和少量胞状结构构成，Laves相分布于枝
长三角G60激光联盟陈长军导读：
本文系统研究了选择性激光熔化(SLM)成形Inconel 625合金在不同粉末层厚度下的显微组织与力学性能，深入分析了晶体织构形成机制及不同强化机制对屈服强度的贡献。研究发现：SLM成形合金的熔池主要由外延生长的柱状枝晶和少量胞状结构构成，Laves相分布于枝晶间区域；立方织构({001})和旋转高斯织构({110})是合金的主要织构类型，分别由枝晶沿方向外延生长和垂直于方向生长形成。激光功率增加和扫描速度降低会提高两种织构含量并降低泰勒因子。与30μm层厚相比，50μm层厚合金具有更低的Laves相含量、更小的一次枝晶臂间距、更高的泰勒因子。理论计算的不同层厚合金屈服强度与实测值吻合，50μm层厚合金更高的屈服强度主要源于固溶强化和晶界强化的提升。
本文通过系统研究不同工艺参数（特别是粉末层厚度）对SLM成形Inconel 625合金显微组织的影响，结合电子背散射衍射(EBSD)技术深入分析织构形成机制，并首次通过理论计算量化了不同强化机制对屈服强度的贡献，解决了粉末层厚度影响SLM成形Inconel 625合金组织性能的关键机制问题，阐明了工艺参数-织构演化-力学性能之间的内在关联。
图1. (a) Inconel 625合金粉末粒度分布；(b) 67°层间旋转扫描策略示意图
图2. 不同工艺参数下SLM成形合金的金相照片及相对密度与显微硬度统计结果：（a1-d1）30μm层厚合金金相；（a2-d2）50μm层厚合金金相；（a3-d3）缺陷含量统计；（e）相对密度与硬度变化趋势
图3. SLM成形合金典型缺陷形貌：（a,b）未熔合缺陷；（c,d）微裂纹
图4. SLM成形合金典型显微组织：（a）半椭圆熔池形貌；（b）熔池内部结构（c区域为柱状晶，d区域为胞状结构）；（c）柱状枝晶形貌；（d）胞状结构形貌
图5. 柱状晶区域EDS面扫描结果：（a）背散射电子图像；（b-f）各元素分布图
图6. 不同工艺参数下Laves相分布及一次枝晶臂间距统计：（a-d）30μm层厚；（e-h）50μm层厚；（i）一次枝晶臂间距与Laves相含量变化趋势
图7. 30μm层厚合金EBSD分析结果：（a1-d1）反极图(IPF)；（a2-d2）几何必须位错密度图；（a3-d3）极图(PF)
图8. 50μm层厚合金EBSD分析结果：（a1-d1）反极图(IPF)；（a2-d2）几何必须位错密度图；（a3-d3）极图(PF)
图9. 不同层厚合金取向分布函数(ODF)截面图：（a）30μm层厚；（b）50μm层厚（φ2=0°和45°截面）
图10. 不同层厚合金织构分布与泰勒因子分布：（a-d）30μm层厚；（e-h）50μm层厚
图11. 织构含量与泰勒因子统计：（a,b）立方织构与旋转高斯织构含量；（c,d）泰勒因子分布比例
图12. 不同层厚合金室温拉伸工程应力-应变曲线及力学性能统计
图13. 不同层厚合金断口形貌：（a,b）30μm层厚；（c,d）50μm层厚
图14. 熔池不同区域枝晶生长方向分析：（a）相邻层间熔池形貌；（b）同层熔池形貌（1*-6*为特征位置）
图15. (a) 织构形成机制示意图（Gij为熔池i位置j的最大温度梯度方向，Dij为对应枝晶生长方向）；(b) 不同层厚成形过程示意图
结论(1) Inconel 625合金显微硬度与相对密度变化趋势一致，较高激光功率、较低扫描速度和较薄层厚可获得更高相对密度（>99.5%）和硬度（HV0.3 320-340）。主要缺陷为圆形气孔，伴有少量未熔合缺陷和微裂纹。
(2) 平行于建造方向的截面显示不规则半椭圆熔池结构，由外延生长的柱状枝晶和少量胞状结构组成。枝晶间析出Laves相，其含量和一次枝晶臂间距随激光功率增加和扫描速度降低而增大。50μm层厚合金相比30μm层厚具有更低的Laves相含量和更小的一次枝晶臂间距。
(3) 立方织构({001})和旋转高斯织构({110})是主要织构类型，分别源于枝晶沿方向外延生长和垂直于方向生长。激光功率增加和扫描速度降低会提高两种织构含量和几何必须位错密度，降低泰勒因子。50μm层厚合金表现出更低的织构含量和更高的泰勒因子。
(4) 50μm层厚合金具有更高的屈服强度(653MPa)和抗拉强度(895MPa)，但延伸率(32.53%)较低。理论计算的屈服强度与实测值吻合，其中固溶强化贡献最大(>50%)，晶界强化次之(≈25%)。层厚对强度的影响主要源于固溶强化元素的基体浓度差异和有效晶粒尺寸变化。
文献链接
Shuai Zhang, Yan Wang, Liangxing Lv, Hai Deng, Qin Bian, Qing Hu, Liming Tan, Feng Liu,Effect of powder layer thickness on the microstructure and properties of Inconel 625 superalloy manufactured by selective laser melting,Journal of Alloys and Compounds,Volume 1020,2025,179465,ISSN 0925-8388.
来自：金属增材制造
长三角G60激光联盟陈长军转载
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来源：江苏激光联盟