背景介紹 增材制造又稱3D印刷是近30年發展起來的先進制造技術。理論上，任何增材制造技術都可以使用CAD模型轉化為物理實體，大大提高了復雜零件的幾何設計自由度和制造能力。 圖1 激光粉床熔化技術示意圖300 對于金屬，激光粉床熔化成型（L-PBF: laser powder bed fusion，也稱為選區激光熔化成型SLM）預置薄層金屬粉末主要采用高能激光束逐層熔化，凝固冷卻后可形成高性能部件，是更有前途的添加劑制造技術之一。該技術特別適用于小批量、高精度、個性化、復雜結構部件的成型加工，在航空航天、生物醫學、汽車、磨具等領域具有廣闊的應

用前景。 Inconel 625 (IN625)是鎳基高溫合金的主要用途Ni-Cr基體中如鉬(Mo)和鈮(Nb)固溶強化等元素在不同環境下具有良好的耐腐蝕性和可焊性，具有高溫強度和抗蠕變性。然而，IN由于其硬度高、導熱系數低、加工硬化率高，被認為是一種難以加工或減少材料的合金。在加工過程中，加工工具磨損迅速，鑄造或鍛造時難以控制其性能。因此，有必要進行探索Inconel 625鎳基高溫合金直接3D印刷成型可以大大降低傳統制造所需的加工，大大提高零件的設計自由度，增加復雜的內部冷卻流道。 微觀組織 總體特征&殘余應力 和大多數L-PBF成型合金相似，as-built態的IN625合金主要由細胞枝晶和沿線組成building方向伸長的柱狀晶體，晶粒均勻細小，具有明顯的快速凝固特性。樣品主要由單個奧氏體相組成。由于激光工藝參數的影響，樣品中存在夾雜、孔洞、裂紋、層間未熔化等缺陷，樣品中的高殘余應力只能通過后期高溫熱處理明顯消除。 圖2 “As-built”態IN625合金宏觀形態[55] 各向異性 L-PBF成形Ni大多數基

金都有明顯的各向異性，大多數晶粒沿著<100>方向生長，熔池邊界分布大量小晶粒，編織典型{100}<001>立方形結構。晶粒的生長方向與掃描策略密切相關。<100>垂直于成形基板；單向掃描時，晶粒的生長方向和成形方向形成60度夾角，主要是激光點光源運動時熱流方向與生長方向不完全對稱造成的。 圖3 Ni基合金L-PBF態EBSD方向分布圖[64] 當光斑均勻時，熔池底部延伸生長良好，對流不足以破壞原有的生長特性，晶體仍沿著更有利的<100>方向生長，并逐漸向上延伸。經過EBSD對于高斯光斑區，外延區單晶很少，約0.5mm，單晶延伸在均勻光斑區域中間可達4mm的高度。 圖4 形成不同激光能量形式的縱截面EBSD方向分布[64] 析出相 XRD結果表明L-PBF成形的IN625合金由γ基體和脆性Laves合金凝固方程為L→L γ→L γ NbC Laves→γ NbC Laves，很容易形成Laves相和NbC相。由于冷卻時間短，碳化物沒有生長時間，數量遠少于Laves相。合金拉伸性能呈現出典型的各向異性特征，沿水平方向拉伸強度高于垂直方向，層與層之間的邊界SLM沉積過程中性能弱區容易組織粗化，強度低；同時容易產生裂紋，沿著層層邊界擴展，導致垂直沉積LPBF-IN625試樣力學性能差的主要原因。 圖5 L-PBF成形IN625微晶拓撲結構圖[55]（a）Y-Z截面（b）X-Y截面（c）（100）（d）參考坐標系 成形缺陷 表1 L-PBF成形IN625合金零件的主要缺陷及原因 力學性能 表2 不同文獻中L-PBF成形IN625部件的力學性能 目前，極端溫度和環境下部件的性能和效率要求不斷提高，激光粉床熔化已成為復雜高效的生產IN625部件極具吸引力的工藝。與L-PBF激光功率、掃描速度、掃描間距和層厚等相關變量較多。與L-PBF激光功率、掃描速度、掃描間距和層厚等相關變量較多。所有這些變量都需要適當的控制，以成功和可靠地形成更終可用的部件，否則會嚴重影響球化、變形、氣孔、裂紋和低密度。此外，“As-built”態的L-PBF成型零件的表面質量和尺寸精度通常不足以滿足工業生產的要求，因此經常需要表面加工、熱處理等后處理過程。 近日，《Applied Sciences》上發表的題為A Review on Laser Powder Bed Fusion of Inconel 625 Nickel-Based Alloy” 綜述文章，系統總結了近年來的相關情況L-PBF成形IN625合金組織、機械性能、殘余應力演變和缺陷形成機制介紹了激光參數調整、基體預熱、表面加工、增強相、后續熱處理等有效解決方案，從消除或緩解部件中的殘余應力、提高成形質量（提高表面粗糙度、致密度、微組織和機械性能），為提高IN625鎳基合金L-PBF成型零件的綜合性能提供了有益的參考。更后，文章還指出L-PBF成形IN625合金零件研究中仍存在的問題及未來的研究方向。更后，文章還指出L-PBF成形IN625合金零件研究中仍存在的問題和未來的研究方向。更后，文章還指出L-PBF成形IN625合金零件研究中仍存在的問題及未來的研究方向。 總結與展望 L-PBF作為一種重要的增材制造技術，為復雜零件的生產提供了巨大的潛力。目前對L-PBF成形IN625合金的研究主要集中在通過改變工藝參數和隨后的熱處理來調節其組織和性能。由于LPBF工藝涉及冶金、物理、化學、熱耦合等復雜問題，工藝參數之間的匹配關系非常復雜IN625的L-PBF工藝參數不成熟。若樣品中經常有較大的殘余應力，則會導致裂紋。層間常出現孔洞、裂縫、夾雜等缺陷。 由于LPBF-IN編織存在于625合金中，樣品的性能經常出現在各向異性中，但有時成形表面之間的性能差異并不理想。此外，非平衡凝固顯著提高了基體金屬中合金元素的固溶極限L-PBF零件的性能不同于傳統的塊體材料。到目前為止，是的IN625的L-PBF研究主要集中在顯微硬度和拉伸性能上，但對高溫拉伸強度、耐腐蝕性和蠕變性能的研究較少。因此，今后的研究應重點關注以下幾個方面： （1） 對IN625合金鑄造和后處理的宏觀缺陷和微組織深入探討了宏觀缺陷（氣孔、微裂紋、球化、未熔化區）的形成機制和微組織的進化機制（晶體邊界、第二相、位錯、亞晶邊界、層錯等）。 （2） 研究LPBF-IN625合金的高溫和低溫性能（強度、疲勞、蠕變、腐蝕等），特別是As-built在狀態和后處理狀態下，宏觀各向異性和微觀各向異性對上述性能的影響。 （3） 建立預測LPBF-IN建立了625合金組織演變和殘余應力分布模型LPBF參數、組織、殘余應力與機械性能的關系。 Key words: Selective laser melting; Ni based alloy; Laser powder bed fusion; Inconel 625; Heat treatment; Mechanical properties (金屬3D印刷、金屬增材制造) 文章鏈接：A Review on Laser Powder Bed Fusion of Inconel 625 Nickel-Based Alloy ( https://doi.org/10.3390/APP10010081)