电弧增材制造技术（DED-Arc）作为一种新兴的增材制造技术，因其高效率、低成本和大尺寸成形能力，在Inconel 625合金制造领域展现出独特优势。然而，传统DED-Arc工艺往往形成具有明显<001>取向的柱状晶组织，这种结构特征使得材料难以同时获得理想的强度和延展性。
 

研究背景与意义
      近期研究发现，提高线能量密度（LED）可有效改善Inconel 625合金性能，使柱状晶转变为近等轴晶，但打印路径切换的具体作用机制尚不明确。同时，增材制造特有的层间界面特性会显著影响材料力学性能，特别是在高温下易导致界面应变集中和早期失效。因此，深入探究层间界面在不同温度下的影响机制，对优化工艺和提升材料性能具有重要价值。
      基于上述研究背景，南京理工大学团队与葡萄牙新里斯本大学、英尼格玛联合在Materials Research Letters上发表了最新研究成果"Enhanced mechanical properties and deformation mechanisms in DED Inconel 625 via printing path switching"，系统探讨了打印路径设计对材料组织性能的影响规律。
实验方法
      本研究采用冷金属过渡（CMT）电弧增材制造技术，在70% Ar + 30% He混合气体保护下制备Inconel 625合金样品。为确保实验结果的可靠性，研究团队优化了关键工艺参数：电流116A、送丝速度4.6m/min、线能量密度140J/mm，采用层间90°旋转路径策略制备直径50 mm、长度100 mm的圆柱试样。
 

      为全面表征材料性能，研究采用多尺度分析方法：通过XRD、OM、SEM-EBSD和TEM系统分析微观组织演变；利用显微硬度测试和室温/高温（400-850℃）拉伸实验评估力学性能。

结果与讨论
3.1微观结构特征
      微观结构分析揭示了打印路径设计的显著影响。与传统0°路径样品相比，采用90°路径切换制备的样品展现出独特的近等轴晶特征：平均晶粒长度为527±5 μm，宽度为172±7 μm（长宽比3.06），且在层界面处形成细晶区（37±2μm）。XRD分析显示样品为单相面心立方结构。
 

       研究证实，高LED结合路径切换能有效降低熔池温度梯度，抑制柱状晶外延生长，同时通过增加重熔深度和提供新形核位点促进等轴晶形成，从而优化材料微观结构。这一工艺组合为实现柱状晶向等轴晶转变提供了有效途径。
3.2室温力学性能
      室温力学性能测试表明，采用90°打印路径制备的近等轴Inconel 625样品展现出优异的强度-塑性匹配，其屈服强度达401±12 MPa，抗拉强度724±5 MPa，延伸率57±5%。材料表现出典型的三阶段加工硬化行为，特别是在8-25%应变区间表现出加工硬化能力提高，使其获得高达41.3 GPa*%的强塑积，显著优于传统热轧合金（32.1 GPa*%）。
 

微观机制分析揭示，近等轴样品晶粒较大（232±16 μm vs 热轧样品<130 μm），其卓越性能主要来自两方面：一是位错强化的关键作用，二是特殊的变形机制。微观分析发现，材料变形时会形成高密度位错墙和位错锁结构，这些微观特征能有效阻止位错移动，从而增强材料强度。更重要的是，层间界面处并未出现应力集中现象，断裂始终发生在晶粒内部，证明打印路径形成的界面不会影响材料性能。正是这种独特的位错运动方式与完好的界面结合，共同造就了材料优异的综合性能。

3.3高温力学性能
高温力学性能测试揭示了近等轴Inconel 625合金优异的高温适应性。研究显示，在400-850℃的宽温域范围内，该材料的强度性能始终优于传统铸态合金。特别值得关注的是，其延伸率在700℃以下保持更高水平，仅在超过700℃后出现轻微下降。通过断口形貌分析，研究观察到明显的温度依赖性断裂特征转变：600℃时表现为典型的穿晶韧性断裂，断口呈现均匀分布的浅韧窝；750-800℃区间则转变为沿晶断裂模式，出现明显的脆性断裂特征；当温度升至850℃时，断口形貌呈现韧窝与脆性面共存的混合断裂特征。

    本研究揭示了打印路径设计对Inconel 625合金组织性能的关键影响。采用高能量输入配合90°层间旋转的打印策略，成功将传统柱状晶转变为均匀的近等轴晶结构。通过先进的微观分析技术，研究发现这种特殊结构在变形时会产生独特的位错运动模式：不仅会发生平面滑移，还会形成高密度位错墙和特殊的位错锁结构。这些微观机制的协同作用，使材料同时具备优异的强度和延展性。

     值得关注的是，打印过程中形成的层间细晶区不仅没有削弱性能，反而起到了增强作用。测试结果表明，这种优化后的近等轴晶结构在从室温到高温的广泛温度范围内都展现出卓越的力学性能。这一发现为航空航天等领域关键部件的高性能增材制造提供了新的工艺思路，显示出广阔的应用前景。

论文链接：[1] https://doi.org/10.1080/21663831.2025.2476174

(责任编辑：admin)

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