高熵合金力学性能（首次实现独特晶体结构）

导读

研究了各种激光粉末床熔化（LPBF）工艺参数对典型镍基固溶体强化合金哈氏合金-X的晶体结构和力学性能的影响，在哈氏合金X中首次实现独特的晶体结构。试样拉伸性能不仅受到Schmid因子的影响，还受到晶粒尺寸和层状边界（晶界）的存在的影响。该研究为合成具有目标微观组织特征和相关性能的金属材料，提供了最佳的 LPBF 工艺参数探究。

金属增材制造（AM）是一种非常有前途的制造方法，能够生产任意三维形状。激光粉末床熔化（LPBF）是一种典型的金属AM工艺，其特点是冷却速度快、温度梯度大，因此吸引了广泛关注。

据报道，各向异性微结构是根据熔池内的冷却方向演变的。不同工艺参数会导致各种不同的微观结构，包括单晶状微观结构、晶体层状微观结构和多晶微观结构。对于实际应用，有必要研究广泛的工艺参数并确定适当的工艺窗口。然而，目前的研究仅侧重于检查有限数量的工艺参数对微观结构和力学性能的影响，了解热处理过程中的沉淀和再结晶，分析导致微裂纹的因素，并通过分散TiC颗粒改善力学性能，对于更大范围的工艺参数对晶体结构的影响及其与力学性能的关系尚未充分了解。

基于此，日本大阪大学研究团队联合日本川崎重工业株式会社技术研究所考察了广泛的工艺参数对典型固溶体强化哈氏合金-X的晶体结构和力学性能的影响。研究成果以题为“Control of Crystallographic Texture and Mechanical Properties of Hastelloy-X via Laser Powder Bed Fusion” 发表于期刊《Crystals》。作为一种微观熔化单元，通过研究熔池形状来讨论微观结构演变，可以指导确定最佳工艺参数，从而获得所需的微观结构特征。

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设定了一系列工艺参数，获得了体积能量密度为35～95 J/mm3的致密试样。根据晶体结构，将其分为4组：<100>-SCM、CLM、<110>-SCM和PCM。

通过LPBF工艺构建的试样的杨氏模量显示出接近理论值的各向异性，因此通过控制工艺参数可以获得所需的力学性能。

试样拉伸性能还受到晶粒尺寸和晶界（层状边界）存在的影响。晶粒较小的PCM比其他组显示出更高的0.2%验证应力。CLM 试样中<110>//BD主层和<100>//BD子层之间界面处的晶界在起到抗滑移传输的作用，有助于增加验证应力。

通过调整工艺参数控制熔池底部的曲率半径，可以定制各种微观结构，包括<100>SCM、<110>-SCM和CLM，这是通过LPBF工艺获得的独特微观结构。

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