由于服役環境惡劣，在航空、能源等領域廣泛應用的高附加值Inconel718高溫合金構件常發生失效，實現損傷構件的高質量修復對促進行業開展降本增效意義重大。為規避鍛造基底過熱，行業目前一般對Inconel718高溫合金修復件進行直接時效處理。然而，這導致修復區內殘留的硬脆Laves相嚴重劣化修復件的塑性、韌性和抗疲勞性。對此，本團隊研究發現通過激光定向能量沉積成形的修復區域具有非平衡快速凝固組織特征，修復區域枝晶間的Laves相尺寸和含量遠小于鑄造、焊接成形Inconel718高溫合金。因此，理論上存在既可實現修復區Laves相溶解同時又規避鍛造基底晶粒嚴重粗化的熱處理工藝窗口。對此，本工作提出了一種低溫短時長均勻化接續時效的新型熱處理制度，研究新制度下修復合金的跨區域微觀組織與力學性能的演變機理，推動增材制造在高端裝備零部件修復領域的工程化應用。

西安交通大學盧秉恒院士團隊黃科教授等人提出一種低溫短時長均勻化接續時效的新型熱處理制度用以調控增材修復Inconel718高溫合金的組織性能。研究發現低溫短時長均勻化處理可在有效溶解修復區內殘留鏈狀Laves相的同時規避鍛造基底等軸細晶的嚴重粗化，接續的時效處理則進一步實現了γ"相的全域析出。得益于硬脆共晶相的溶解與強化相的彌散析出，新制度處理后修復合金實現了相結構的跨區域均勻分布并改善了修復區、基底和熱影響區間的應變協調能力。新制度處理后增材修復合金的優異強塑性將顯著提高構件在極端載荷條件下的服役安全并延長構件的剩余壽命。相關研究成果以“Enhanced strength and ductility of laser directed energy deposition repaired IN718 superalloy via a novel tailored heat treatment”為題，發表在“Journal of Materials Science & Technology”上。

圖1 (a) 低溫短時長均勻化接續時效新型熱處理制度示意圖，(b) 不同均勻化時長接續處理后修復區與基底的顯微硬度演變。

圖2 不同時長均勻化處理后修復合金的微觀組織演變：(a₁-a₆) 修復區Laves相形貌，(b₁-b₆)鍛造基底晶粒度。

圖3 不同時長均勻化處理后修復區內Laves相尺寸、分數演變與基底晶粒度演變統計。

圖4 修復合金界面跨區域微觀組織EBSD-IPF/KAM圖：(a₁, a₂) 沉積態修復合金，(b₁, b₂)直接時效處理修復合金，(c₁, c₂) 新制度熱處理修復合金；(d) 修復合金沉積區與基底極圖；(e) 修復合金特征區域晶粒度統計；(f) 修復合金特征區域KAM值。

圖5 修復合金修復區/熱影響區/基底跨區域微觀組織FE-SEM圖：(a₁- a₄) 沉積態修復合金，(b₁-b₄)直接時效處理修復合金，(c₁-c₄) 新制度熱處理修復合金。

圖6 無處理/直接時效處理/新制度熱處理樣品室溫工程應力-應變曲線：(a) 鍛造基底，(b) 修復區，(c) 修復合金；(d) 實際斷裂樣品。

圖7 室溫拉伸樣品斷口組織：(a₁-a₃) 沉積態修復合金，(b₁-b₃)直接時效處理修復合金，(c₁-c₃) 斷裂于修復區的新制度熱處理修復合金，(d₁-d₃)斷裂于界面正下方等軸晶區的新制度熱處理修復合金。

圖8 室溫拉伸樣品斷面組織：(a₁-a₃) 沉積態修復合金，(b₁-b₃)直接時效處理修復合金，(c₁-c₃) 斷裂于修復區的新制度熱處理修復合金，(d₁-d₃)斷裂于界面正下方等軸晶區的新制度熱處理修復合金。

圖9 新制度熱處理修復Inconel718高溫合金失效樣品界面跨區域微觀組織演變：(a) IPF圖，(b) KAM圖，(c) 界面上方柱狀晶FIB切取位置，(d) 界面下方等軸晶FIB切取位置，(e-f) 柱狀晶內位錯組態，(g-h) 等軸晶內位錯組態。

圖10 修復Inconel718高溫合金室溫拉伸變形期間的應變場演變：(a) 沉積態修復合金，(b) 直接時效處理修復合金，(c) 新制度熱處理修復合金；(d) 各樣品沉積區、熱影響區和基底的應變占比分布。

圖11 修復Inconel718高溫合金強塑性演變機制示意圖：(a) 直接時效處理修復合金，(b) 新制度熱處理修復合金。

為解決直接時效處理增材/焊接修復服役態Inconel 718高溫合金強度有余但塑性欠佳的行業難題，本文首次提出了一種低溫短時長均勻化接續時效的新型熱處理制度，系統研究了新型與傳統熱處理后激光定向能量沉積修復Inconel718高溫合金的組織與性能。結合OM/FE-SEM/EBSD/TEM等表征技術，對比分析了修復區/熱影響區/基底跨區域不均勻晶粒結構與相結構的演變機理。結果表明，新制度處理后修復區內Laves相的溶解極大規避了合金提前失效的風險，同時跨區域彌散、均勻分布的γ"相既充分保障了析出強化效應又改善了跨區域的應變協調能力。對比直接時效處理的修復合金，新制度處理后的修復合金在強度不變的前提下延展率提升了僅1倍，綜合性能也超過了鍛造合金標準。未來團隊擬對增材修復Inconel718高溫合金的疲勞、沖擊等關鍵服役性能開展深度測試評估，推廣相關增材制造技術與后熱處理制度在高附加值損傷件修復中的實際應用。

黃科，西安交通大學教授/博士生導師，國家級青年人才。長期致力于金屬增材制造、激光沖擊強化等工藝研究與裝備開發。主持基礎加強重點課題、兩機專項專題、173領域基金、國家自然科學基金面上等項目20余項。在Prog Mater Sci、Acta Mater、Int J Mach Tools Manuf、Addit Manuf、Int J Plasticity和J Mater Sci Technol等學術期刊上發表論文100余篇，入選愛思維爾2023中國高被引學者，授權國家發明專利30余項。

課題組網站鏈接：http://gr.xjtu.edu.cn/web/ke.huang

招聘信息：課題組長期招收金屬增材制造相關方向（拓撲優化、在線監測、數值模擬、數字孿生、材料設計等）博士后1-2名。