導(dǎo)讀：鈷基γ′強(qiáng)化高溫合金在發(fā)電設(shè)備和航空航天工業(yè)等眾多領(lǐng)域顯示出巨大的潛力。激光粉末床熔合技術(shù)的特點(diǎn)與高溫合金強(qiáng)織構(gòu)或單晶組織的要求相吻合。然而，由于不可避免的再結(jié)晶，后熱處理工藝往往會(huì)破壞打印件的初始組織。在本研究中，我們?cè)诖蛴〉腃o-5Al-14V (at.%)三元鈷基高溫合金中獲得了強(qiáng)<101>織構(gòu)，這在鎳基高溫合金中很難實(shí)現(xiàn)。有趣的是，這種<101>織構(gòu)即使在接近γ′溶劑溫度的時(shí)效處理后仍保持熱穩(wěn)定。因此，獲得了具有均勻分布的γ′(L12)相的<101>織構(gòu)組織，有利于提高高溫蠕變性能。本研究所揭示的獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)特征，將有利于鈷基高溫合金的發(fā)展，并為其他LPBF制造的高溫合金的微觀結(jié)構(gòu)工程提供指導(dǎo)。

由于鈷基合金的熔點(diǎn)比傳統(tǒng)的鎳基合金高40°C，因此對(duì)高溫合金更高工作溫度的追求導(dǎo)致了鈷基合金的探索。鈷基高溫合金具有強(qiáng)大的織構(gòu)或類似單晶的結(jié)構(gòu)，這為其提供了幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括耐高溫蠕變和抗低周疲勞性能的提高。這種強(qiáng)織構(gòu)或單晶結(jié)構(gòu)可以通過(guò)定向凝固等傳統(tǒng)制造方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。激光粉末床熔融(laser powder bed fusion, LPBF)技術(shù)作為最有前途的高質(zhì)量金屬增材制造方法之一，由于激光熱源與印刷基材之間的溫度梯度，可以直接打印出具有明顯柱狀晶粒和強(qiáng)烈紋理的部件。

大量研究證明，調(diào)整LPBF的工藝參數(shù)可以導(dǎo)致紋理變化。面心立方(FCC)的晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)沿<100>軸。因此，晶粒的生長(zhǎng)方式與它們的<100>取向與熱流方向一致。模擬結(jié)果表明，與傳統(tǒng)鎳基高溫合金的<001>結(jié)構(gòu)相比，<111>和<101>具有更好的耐高溫蠕變性能。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明：與<001>織構(gòu)相比，<111>結(jié)構(gòu)可以提高高溫蠕變性能。然而，在高溫固溶處理和時(shí)效過(guò)程后，LPBF制造要保持強(qiáng)烈的織構(gòu)結(jié)構(gòu)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。由于LPBF過(guò)程中極端熱循環(huán)帶來(lái)的高位錯(cuò)密度，這些打印過(guò)程通常會(huì)導(dǎo)致再結(jié)晶，導(dǎo)致材料晶體取向的隨機(jī)化，并破壞固有的首選取向。如圖S1所示，在打印的Co-5Al-14V樣品中存在高密度位錯(cuò)。最近，我們開發(fā)了一種具有高溶劑溫度的新型Co - Al - V基高溫合金。900℃時(shí)Co-Al-V三元體系的等溫切面圖(圖1a)顯示，與典型的Co-Al-W三元體系相比，Co-Al-V三元體系的γ/γ′兩相組成區(qū)域相對(duì)較寬。這種廣泛的成分范圍為添加其他合金元素提供了有利條件，為該系列高溫合金的未來(lái)發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇。在本研究中，我們選擇了堿性三元合金Co-5Al-14V (at.%)進(jìn)行打印并進(jìn)行了顯微組織研究。

我們的研究表明，這種新型鈷基高溫合金系列可以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的<101>織構(gòu)沿建筑方向，這是傳統(tǒng)鎳基高溫合金不易形成的特征。Co-5Al-14V合金在900℃時(shí)效24h后，我們發(fā)現(xiàn):盡管該溫度接近964°C的γ溶劑溫度，但織構(gòu)仍然非常穩(wěn)定。利用這種穩(wěn)定的織構(gòu)，我們獲得了均勻分布的γ′相，同時(shí)保留了<101>900°C直接時(shí)效，織構(gòu)取向強(qiáng)。這些發(fā)現(xiàn)突出了新型鈷基高溫合金在LPBF工藝中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，并強(qiáng)調(diào)了它們?cè)贚PBF形成的單晶結(jié)構(gòu)發(fā)展方面的巨大潛力。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄭忠教授團(tuán)隊(duì)對(duì)此進(jìn)行了研究，相關(guān)研究成果以題為“Thermally stable strong <101> texture in additively manufactured cobalt-based superalloys”發(fā)表在期刊Scripta Materialia上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646223006632

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