摘要：本文提出了一种针对增材制造（AM）镍基高温合金的新设计方法，通过调控Ta/Al比例并高度依赖边界成分（如凝固温度区间、应变时效开裂敏感性等），在保证高γ′相体积分数（40–60%）的同时显著降低裂纹敏感性。该方法综合热力学计算、d电子合金理论和实验验证，成功设

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本文提出了一种针对增材制造（AM）镍基高温合金的新设计方法，通过调控Ta/Al比例并高度依赖边界成分（如凝固温度区间、应变时效开裂敏感性等），在保证高γ′相体积分数（40–60%）的同时显著降低裂纹敏感性。该方法综合热力学计算、d电子合金理论和实验验证，成功设计出无裂纹的合金ZGH451-1，其在高温拉伸和蠕变性能上优于多数已报道的AM高温合金，甚至接近部分第一、二代单晶高温合金水平。研究还系统分析了三类裂纹（凝固裂纹、液化裂纹和固态裂纹）的形成机制，并通过微观结构表征、DSC、EBSD和力学测试等多手段验证了设计方法的合理性与可行性。

[ 文章信息在文末 ]

部分内容

图文讲解

图2：展示了Al、Ti、Ta对γ′相含量、凝固温度区间、元素偏析和应变时效开裂（SAC）指数的影响，明确了高Ta/Al比在控制γ′相和抑制裂纹方面的作用。

图3：对比了三种合金（ZGH451-1、2、3）在DED制备后的宏观微观结构、粉末形貌和裂纹分布，显示ZGH451-1完全无裂纹。

图4：详细展示了ZGH451-2和ZGH451-3中典型的凝固裂纹形貌，包括枝晶间区域的缩孔和碳化物分布。

图7：通过EBSD分析了三种合金的晶体取向、极图和几何必需位错（GND）密度分布，表明所有合金均具有强{100}织构和低GND密度。

图11：利用TEM分析了ZGH451-1中碳化物的形貌、衍射谱和元素分布，确认其为富TiC的MC型碳化物。

图15：展示了SLM制备的ZGH451-1在热处理前后的微观结构和高温拉伸性能，证明其具备更宽的工艺窗口和优异的性能。

图16：将ZGH451-1的拉伸性能与多种传统铸造、定向凝固和AM高温合金进行对比，显示其在中高温条件下具有竞争优势。

全文总结

本研究通过高Ta/Al比和边界成分依赖的设计策略，成功开发出无裂纹、高γ′相含量的镍基高温合金ZGH451-1，其在高温拉伸和蠕变性能上表现优异，显著提升了增材制造高温合金的综合性能与成形性协同能力。

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本文给我们提供的研究思路

① 可探索其他高熔点元素（如Hf、Re）对AM镍基合金打印性与性能的协同调控机制；

② 结合机器学习和高通量计算进一步优化成分-工艺-性能映射关系，加速新合金开发；

③ 将该方法扩展到钴基或高熵合金体系，验证其在不同合金系统中的适用性与普适性。

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通过高Ta/Al比与边界成分协同调控，实现了高γ′相含量与低裂纹敏感性的平衡，为AM用高性能高温合金设计提供了新途径。

文章信息

原文标题：A new approach to design advanced superalloys for additive manufacturing

翻译标题：为增材制造设计先进高温合金的新方法

第一通讯作者单位：中国科学院金属研究所 高温合金研究部 师昌绪先进材料创新中心

期刊：《Additive Manufacturing》

DOI：10.1016/j.addma.2024.104098

来自：Metals letters

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来源：江苏激光联盟