基于位错演化的增材制造Inconel 718合金变形和断裂机理研究

This project focuses on the additive manufactured Inconel 718 superalloy. Raw materials with different initial microstructure will be produced by controlling the key parameters used in selective laser melting. The samples with different strain levels and the fractured samples will be obtained by using the uniaxial tensile test at room temperature and high temperature, respectively. By using multiscale characterization methods in scanning electron microscope and scanning transmission electron microscope, the deformation and fracture mechanism will be evaluated by analyzing the evolution of dislocations. The obtained relationship of “Parameter-Microstructure-Property-Mechanism” can be used to guide the selection for additive manufacturing parameters and control the mechanical property of products. The study will contribute to improving our country’s manufacturing capability on additive manufactured superalloys.

本项目以增材制造的Inconel 718高温合金为研究对象，使用激光选区熔化的增材制造技术，通过调节工艺参数制造具有不同微观组织特征的原材料。在常温和高温（650℃）下对具有不同微观组织的样品进行单向拉伸实验，利用扫描电镜和扫描透射电镜下的先进跨尺度表征手段，对不同应变水平和拉伸断裂样品的微观组织和位错特征进行表征和评价，获得基于位错演化过程的变形和断裂机理。通过分析增材制造合金的“参数-组织-性能-机理”的内在关联，提出可以用来在制造过程中指导参数选择和控制力学性能的理论依据，为提高我国增材制造高温合金的制造水平做贡献。

本项目以激光选区熔化制造的IN718合金为研究对象，利用前沿的表征分析手段，探索合金内部初始微观组织特征、位错演化过程以及变形和断裂机理，系统地研究“参数-组织-性能-机理”的关系，为提升IN718合金的力学性能提供有效途径，为制定具有我国自主知识产权的增材制造方案和标准提供理论指导。.本项目在执行过程紧密围绕实现项目申请书中的研究目标开展工作。首先，通过对打印参数进行优化，采用激光选区熔化技术成功制造了相对理论密度达99.5%的IN718合金块体。详细研究了打印态IN718合金的微观组织特征，包括晶粒取向、位错胞状结构以及析出相等。同时，对打印的IN718合金进行了室温和高温拉伸，获得了材料的拉伸性能。通过断口学分析和对断裂位置的微观组织进行系统观察，分析了合金的断裂机制。通过研究打印态IN718合金中的位微观组织在不同应变、不同温度下的特征，获得了位错胞状结构、织构、析出物等的演化规律。基于以上，本项目摸清楚了在一定工艺区间内的增材制造IN718合金的微观组织特征，阐述了打印态IN718合金的室温和高温断裂机理，阐明了合金中位微观组织的演化规律，定性和定量地建立了针对增材制造IN718合金的“参数-组织-性能-机理”的跨尺度关系。项目成果可以为增材制造IN718合金的工艺优化提供基础数据，推进增材制造IN718合金的应用进程，增进对增材制造金属变形和断裂机理的认识。本项目执行期间发表的SCI/EI共计14篇，培养出站博士后1名、硕士生3名、博士生1名，超额完成原计划任务目标。