摘要：文章采用增材制造（SLM）技术成形GH4169高温合金，利用金相显微镜、电子万能实验机、电子式持久蠕变实验机以及扫描电子显微镜，对SLM成形的GH4169力学性能和金相组织开展系统测试与表征，重点探讨不同固溶温度对其内部组织和性能影响研究。结果表明：沉积态组织中可以观察到激光扫描路径及枝晶组织，Z向组织可以看到层与层之间的熔池底部，组织致密。当固溶温度高于980℃时，枝晶组织消失，内部组织变为等轴晶。固溶温度为1150℃时，GH4169的综合力学性能最优。在此固溶制度下，SLM成形GH4169的室温拉伸、高温拉伸性能均高于锻件指标，且在该制度下的高温持久延伸率有极大的改善，可满足零部件的使用要求。

　　关键词：增材制造；组织性能；热处理

　　GH4169具有优良的耐腐蚀性、良好的机械性能和焊接性能，被广泛应用于燃气轮机、涡轮叶片以及燃烧室部件。GH4169是一种Ni基沉淀强化型高温合金，含有多种合金元素，具有良好的综合性能，650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位，主要由基体、强化相γ″和γ′和δ相和碳化物等组成［1］。相关研究表明［2］，SLM成形GH4169合金中含有气孔和未熔合等缺陷［3-5］，且横纵向存在差异，经过热等静压/热处理技术可以消除内部缺陷，已获得广泛应用。

　　1实验材料及方法

　　文章采用激光选区熔化成形设备打印，成形幅面为250mm×250mm，所用为GH4169合金，粉末元素范围如表1所示。

　　实验用拉伸试棒尺寸为标准试样，按照《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》GB/T 228.1和《金属材料拉伸试验第2部分：高温试验方法》GB/T 228.2进行。高温持久所实验按照《金属材料单轴拉伸蠕变试验方法》GB/T 2039—2024进行。

　　实验采用不同的热处理制度，研究不同固溶温度（HT1：980℃-1h-Ar，HT2：1100℃-1h-Ar，HT3：1150℃-1h-Ar，HT4：1200℃-1h-Ar）对增材制造成形GH4169的组织和性能的影响，时效采用GH4169标准时效热处理工艺，即720℃保温8h，炉冷至620℃保温8h。

　　2结果与分析

　　2.1金相组织

　　沉积态的金相组织，如图1所示，图1中组织为柱状晶，竖向可以看出层与层之间的熔池底部，沉积态组织较为致密。经过制度1热处理后，组织中原有的扫路径消失，仅可看到树枝晶，如图2所示。固溶温度升高后，与制度1相比，组织变为等轴晶，原有的枝晶组织消失，枝晶间的碳化物溶解，组织中仅可看见少量δ相、γ"和弥散分布的碳化物，如图3所示。高温固溶后，枝晶间的碳化物和富Nb脆性相更多的溶入固溶体中，并减轻了组织的偏析，合金成分更均匀，既强韧化了晶间组织，又增加了后续时效过程中析出γ"的数量。制度3和制度4的金相组织，和制度2一致，同为等轴晶。

　　2.2力学性能

　　图4（a）、图4（b）分别为制度1~制度4的XY向和Z向室温拉伸性能，可以看出室温拉伸性能均高于锻件指标。

　　制度1~制度4的XY向650℃高温拉伸性能和Z向650℃高温拉伸性能，如图5所示，可以看出制度1的XY向高温延伸率不合格。与制度1相比，随着固溶温度的升高，强度降低，延伸率升高。制度2~制度4性能变化不大，但可以发现制度3的强塑性综合性能最优。

　　热处理会消除组织中的一些脆性相，有利于更多的Nb形成γ"/γ'强化相，晶界上会析出大量的δ相，消耗大量Nb，这会造成后续时效过程中γ"/γ'强化相的减少，导致变形过程中位错运动阻力降低。塑性变形过程中强化相相对于位错运动的阻碍作用是其主要强化方式，故高温固溶后的GH4169强度相比于标准固溶时效态会有所降低，同时由于晶粒尺寸长大，细晶强化作用减弱，强度降低，延伸率升高，综合力学性能最优，金相组织致密无缺陷。

　　不同制度下的拉伸结果表明，经标准固溶时效后的GH4169的强度最高，由于980℃固溶和双时效后，组织在晶粒边界及晶粒内部均有δ相的形成，且有γ"和γ'析出。相比于制度1、制度2~制度4的组织中只在晶界处析出δ相。同时，由于制度2~制度4的温度较高，虽然可以消除微观组织偏析，但高温会使得晶粒长大粗化，金相组织呈现等轴晶，因此强度降低、塑性升高。

　　图6（a）GH4169高温持久XY向性能，图6（b）为Z向持久性能，结果显示制度1的持久延伸率偏低，制度3持久延伸率最优，制度3实现了增材制造GH4169持久延伸率的突破。

　　3结论

　　综上所述，与GH4169标准热处理工艺相比，随着固溶温度的升高，材料的强度降低，塑性升高。当固溶

　　温度高于标准热处理的固溶温度时，增材制造成形GH4169的金相组织为等轴晶，拉伸性能和持久时间均高于锻件指标。当固溶温度分别为1100℃、1150℃、1200℃时，增材制造GH4169的金相组织和拉伸性能变化不大，持久时间均大于50h，持久延伸率均高于3%。当固溶温度为1150℃时，增材制造GH4169的综合力学性能最优，高温持久延伸率有极大地改善，实现了增材制造GH4169持久延伸率的突破。

参考文献

　　［1］齐欢.INCONEL 718（GH4169）高温合金的发展与工艺［J］.材料工程，2012（8）：92-100.

　　［2］石磊，雷力明，王威，等.热等静压/热处理工艺对激光选区熔化成形GH4169合金微观组织与拉伸性能的影响［J］.材料工程，2020，48（6）：148-155.

　　［3］DENG D Y，PENG R L，BRODIN H，et al.Microstructure and mechanical properties of Inconel 718 processed by selective laser melting：sample orientation dependence and effects of post heat treatments［J］.Materials Science and Engineering：A，2018，713：294-306.

　　［4］刘东，罗子健.GH4169合金热加工过程中的显微组织演化数学模型［J］.中国有色金属学报，2003（5）：1211-1218.

　　［5］邓晓阳.热处理对3D打印Inconel 718合金组织和力学性能的影响研究［D］.南昌：南昌航空大学，2017.