鎳基高溫合金因其高溫性能、熱穩定性和優異的耐腐蝕性能而被廣泛應用于航空航天、車船、能源和核工業領域的熱端部件，如燃氣渦輪發動機葉片等。為了進一步擴大鎳基高溫合金的工作溫度范圍，通常鎳基高溫合零部件內部會存在復雜的冷卻通道；而且，在實際使用中鎳基高溫合金零部件的形狀較為復雜，尺寸精度要求更為嚴格。由于鎳基高溫合金硬度較高、加工硬化率高和熱擴散性能差，使用傳統的制備方法越來越難以滿足實際需求。

       激光選區熔化（SLM）是一種典型的金屬 3D 打印技術，在難加工、結構復雜高溫合金零部件的加工成形方面具有 極 大 的 優勢 ，被廣泛地應用于航空航天領域。它通過高能激光束選擇性地熔化金屬粉末，能夠直接制造出近乎全致密、高精度、形狀復雜的金屬零件，該技術已成功應用于鋁合金、鈦合金和鎳基高溫合金。因此， SLM 3D打印技術被認為是一種很有前景的制造鎳基高溫合金復雜零部件的技術。

        在《稀有金屬》期刊發表的《激光選區熔化GH3536鎳基高溫合金組織與性能研究》一文中，中南大學粉末冶金研究院、粉末冶金國家重點實驗室與中國航發南方工業有限公司的團隊研究了激光選區熔化（SLM）GH3536 合金掃描面與建造面的組織與性能。采用光學顯微鏡（OM）、X 射線衍射儀（XRD）、掃描電鏡（SEM）和電子背散射衍射（EBSD）對激光選區熔化GH3536合金金相、物相、微觀組織和晶粒特征進行研究。本期谷.專欄將分享該研究的要點。

       結果表明，通過優化成形參數可以減少合金中孔隙與微裂紋，但是無法消除。半橢圓形熔池廣泛分布于建造面，其寬深比約為1.5。激光選區熔化 GH3536合金由單一的面心立方 γ奧氏體組成。掃描面與建造面都分布著大量胞狀與柱狀亞晶，建造面熔池交界處存在沿建造方向的微裂紋。建造面的平均晶粒尺寸（145.1 μm）約為掃描面晶粒尺寸的4.5倍，織構強度約為掃描面的2倍。橫向與縱向試樣的拉伸性能存在明顯差異，橫向試樣的屈服強度和極限抗拉強度分別為645 MPa和781 MPa，分別比縱向試樣高4.1%和7.0%。激光選區熔化 GH3536合金斷口呈明顯韌性斷裂，存在大量韌窩。本研究有望為激光選區熔化GH3536合金掃描面與建造面組織與性能差異提供有效的參考。

 圖文速覽

圖1 SLM工藝用氣霧化GH3536合金粉末形貌與（SEM圖像）粒徑分布

Fig.1 SEM image （insert being enlarged image）（a）and particle size distribution（b）of gas atomized GH3536 powders by SLM

圖2 激光選區熔化GH3536合金試樣、激光掃描路徑以及拉伸試樣尺寸示意圖

Fig.2 Schematic diagram of GH3536 superalloy specimens by SLM（a），laser scanning path（b）and tensile specimen size（mm）（c）

圖3 不同激光參數下成形GH3536合金試樣腐蝕前OM圖像

Fig.3 OM images of GH3536 alloys under different laser parameters（a~a3）700 mm·s -1 ；（b~b3）800 mm·s -1；（c~c3）900 mm·s -1；（d~d3）1000 mm·s -1

圖4 激光選區熔化 GH3536 合金掃描面與建造面的 XRD圖譜

Fig.4 XRD patterns of GH3536 alloy by SLM

圖5 激光選區熔化GH3536合金的腐蝕后OM圖像與局部放大圖像

Fig.5 OM image（a）and enlarged image（b）of GH3536 alloy by SLM after corrosion

圖6 激光選區熔化GH3536合金的微觀組織（SEM圖像）

Fig.6 Microstructures of GH3536 alloys by SLM （SEM images）（a，b）Scanning plane；（c，d）Building plane

圖7 激光選區熔化GH3536合金的EBSD晶粒取向與尺寸分布圖（BD：成形方向）

Fig.7 EBSD grain orientation and size distribution of GH3536 alloys by SLM（BD：building direction）（a，b）Scanning plane；（c，d）Building plane

圖8 激光選區熔化GH3536合金掃描面與建造面的極圖和｛100｝取向反極圖

Fig.8 Pole figures （a，c）and｛100｝orientation inverse pole figures（b，d）of GH3536 alloys by SLM（a，b）Scanning plane；（c，d）Building plane

圖9 激光選區熔化GH3536合金的EBSD晶粒取向與尺寸分布圖

Fig.9 EBSD grain orientation （a，c）and size distribution （b，d）of GH3536 alloys by SLM（a，b）Scanning plane；（c，d）Building plane

圖10 激光選區熔化GH3536合金掃描面與建造面的KAM圖和相應的直方圖

Fig.10 KAM maps （a，c） and corresponding histograms（b，d）of GH3536 alloys by SLM（a，b）Scanning plane；（c，d）Building plane

圖11 激光選區熔化GH3536合金試樣的應力-應變曲線

Fig.11 Stress-strain curves of horizontal and vertical samples of GH3536 alloys by SLM

圖12 激光選區熔化GH3536合金水平方向與垂直方向拉伸斷口形貌（SEM圖像）

Fig.12 SEM images of tensile fracture morphology of GH3536 alloys by SLM（a，b） Horizontal direction；（c，d）Vertical direction

 全文小結

      采用SLM技術制備GH3536合金，通過對掃描面與建造面形貌分析、物相分析、顯微組織、晶粒特征與力學性能對比分析，明確了SLM GH3536合金組織與性能特征。主要結論如下：

1.通過優化成形參數可以減少合金中孔隙與微裂紋，但是無法消除。半橢圓形熔池廣泛分布于建造面，其平均寬度約為 200 μm，平均深度約為120 μm，寬深比約為 1.5。熔池深度貫穿 3~4 層鋪粉厚度，成形過程中冶金結合良好。

2.激光選區熔化GH3536合金由單一的面心立方 γ 奧氏體組成。掃描面織構沿（220）晶面生長，而建造面具有<002>纖維織構。掃描面與建造面都分布著大量胞狀與柱狀亞晶，建造面熔池交界處存在沿建造方向的微裂紋。建造面的平均晶粒尺寸為 145.1 μm，約為掃描面晶粒尺寸的 4.5 倍，織構強度約為掃描面的2倍。

3.激光選區熔化GH3536合金掃描面與建造面的織構指數與織構強度均大于1，微觀組織呈現明顯的各向異性。合金柱狀晶內部分布著大量的小角度晶界，掃描面的小角度晶界體積分數為 62.9%，而建造面的小角度晶界高達82.9%。激光選區熔化GH3536合金激光搭接區域殘余應力較大，掃描面與建造面的平均KAM分別為1.41和1.04。

4.橫向與縱向試樣的拉伸性能存在明顯差異，表現出明顯的各向異性。橫向試樣的屈服強度和極限抗拉強度分別為 645 和 781 MPa，分別比縱向試樣高4.1%和7.0%，而其延伸率比縱向低11.5%，這主要是因為凝固裂紋沿著生長方向分布降低其塑性。激光選區熔化 GH3536 合金呈明顯韌性斷裂，斷口處存在大量韌窩；韌窩平均尺寸約為0.5 μm。
論文引用信息：

陳 楠，李瑞迪，袁鐵錘，張毅，馬 鑫，黃 敏. 激光選區熔化GH3536鎳基高溫合金組織與性能研究 [J]. 稀有金屬，2022，47(5): 679-691.

Chen Nan，Li Ruidi，Yuan Tiechui，Zhang Yi，Ma Xin，Huang Min. Microstructure and Properties of GH3536 Nickel-Based Superalloys by Selective Laser Melting [J]. Chinese Journal of Rare Metals, 2022, 47(5): 679-691.

(責任編輯：admin)

• Fabric8Labs推出AI芯片定
• Titomic又一合作，將與nuF
• 荷蘭公司將開設3D打印船舶
• Chicago Additive推出AMOS
• 590MHz帶寬+超90%輻射效率
• 威斯康星大學麥迪遜分校工

• ·Fabric8Labs推出AI芯片定制冷板：3D打
• ·Titomic又一合作，將與nuForj 合作加速
• ·荷蘭公司將開設3D打印船舶制造工廠，采
• ·Chicago Additive推出AMOS 300，軍方FD
• ·590MHz帶寬+超90%輻射效率！北大深研院
• ·威斯康星大學麥迪遜分校工程師利用 3D
• ·Nature子刊：利用深度學習技術通過照片
• ·Axtra3D推出集成HPS工藝的純硅膠3D打印