GH4169鎳基高溫合金以其在650℃高溫工況環境中仍具有的良好力學性能及耐腐蝕性能，被廣泛應用于航空航天、燃氣輪機等領域的熱端部件中。近年來，金屬激光增材制造(LAM)技術，作為一種快速、近淨、無模化成型技術，在熱端部件制造領域吸引了越來越多的關注。該技術成型精度高、成型零件力學性能好，材料利用率高；可以實現大尺寸、複雜異形結構零件的精密成型，十分适合高性能複雜熱端部件的快速制造和損傷修複。然而，由于LAM技術成型過程具有快速凝固、高溫度梯度的特點，成型的GH4169合金形貌與傳統鑄造/鍛造成型的材料力學性能有較大差異，其中一個重要特點就是LAM成型材料有顯著的各向異性。目前，關于各向異性的研究仍處于起步階段，其成因和影響機理仍不明确。

近日，yh533388银河app下载嶽珠峰教授課題組在金屬激光增材制造成型的GH4169鎳基高溫合金各向異性力學性能方面開展了較為全面的研究工作，相關研究成果以題為“A Comprehensive Study of the Anisotropic Tensile Properties of Laser Additive Manufactured Ni-based Superalloy after Heat Treatment”（https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2021.103147）的論文發表于期刊《InternationalJournal of Plasticity》,該期刊是力學和機械工程領域國際公認的頂級期刊。

嶽珠峰教授課題組在研究中發現，LAM成型後沉積态GH4169高溫合金的沿外載荷方向拉伸強度要顯著好于垂直于外載荷方向拉伸強度，而經過兩種選定的（980℃和1050℃固溶時效）熱處理後，拉伸強度都呈現相反的趨勢（如圖1所示）。通過對沉積态試樣進行微觀組織的觀測（如圖2所示），将沉積态各向異性拉伸強度的差異歸結于脆性Laves偏析相的定向凝固形貌的影響（如圖2所示）。首次提出了“有效Laves/γ相界面受載面積”這個參量來衡量Laves偏析相的影響（如圖3所示）。經過固溶時效熱處理後，材料的γ’，γ’’強化相得以析出，顯著提高了LAM成型GH4169合金的拉伸性能。此外，文章還定量研究了沉積态及兩種熱處理狀态不同截面的殘餘應力，發現三種狀态試件垂直于和沿載荷方向截面殘餘應力有顯著差異，該差異較大程度上影響了不同方向、不同熱處理制度下LAM成型GH4169合金的拉伸性能，熱處理前後殘餘應力的顯著變化是受熱處理溫度影響：熱處理影響了材料内部晶粒的再結晶現象，不同的再結晶程度影響了殘餘應力的變化，進而影響了不同狀态下LAM成型GH4169合金的拉伸性能。該項工作為LAM成型GH4169合金的成形工藝和熱處理的技術優化，力學性能研究，及其在航空航天領域實際工程應用提供了理論支撐。

論文以yh533388银河app（第一單位）博士研究生趙哲南為第一作者，yh533388银河app李磊教授、楊未柱副研究員為該論文的共同通訊作者。yh533388银河app嶽珠峰、連業達教授，博士研究生曾延共同參與了該研究工作。研究得到了國家自然科學基金委（Nos.51975471、11902259、52175149）、上海市自然科學基金（21ZR1469300）等項目的資助。

  圖1 沉積态和兩種熱處理态拉伸性能對比（“H”和“V”分别代表垂直于外載荷方向和沿外載荷方向，右上角标注了相近牌号IN718合金的美标拉伸性能）

  圖2 沉積态Laves相對各向異性拉伸性能的影響示意圖（綠色結構代表Laves相，灰色半透明結構代表γ相基體）

  圖3 在不同外載荷方向作用下，Laves/γ相界面分離及Laves相内部斷裂對沉積态GH4169合金不同拉伸破壞行為的影響示意圖（綠色結構代表Laves相，灰色半透明結構代表γ相基體）

（文/圖:李磊、趙哲南  審核：溫世峰）