萬宏遠(yuǎn)，劉壯壯，韓泉泉，易新

1.北京大學(xué)，北京 100871

2.中國航空制造技術(shù)研究院高能束流加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100024

3.北京科技大學(xué)北京材料基因工程高精尖創(chuàng)新中心，北京 100083

4.山東大學(xué)，山東 濟(jì)南 250061

5.北京大學(xué)南昌創(chuàng)新研究院，江西 南昌 330096

金屬增材制造（metal additive manufacturing，MAM）技術(shù)是一種基于計算機(jī)三維數(shù)字模型，通過黏結(jié)、熔化等方式將材料逐層堆積形成復(fù)雜形狀零部件的一體化制造技術(shù)。金屬增材制造技術(shù)相比傳統(tǒng)制造技術(shù)的優(yōu)勢在于其降低了對模具和工裝夾具的依賴，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期與制造流程，因此備受關(guān)注[1-4]。根據(jù)熱源類型，金屬增材制造可分為激光增材制造、電子束增材制造以及電弧增材制造[5-6]，而激光增材制造（laser additive manufacturing，LAM）又進(jìn)一步分為激光選區(qū)熔化技術(shù)（selective laser melting，SLM）和激光熔化沉積技術(shù)（laser melting deposition，LMD），如圖1（a）和圖1（b）所示[7-8]。高溫合金因具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、抗疲勞、抗氧化以及耐腐蝕性能，在航空航天、武器裝備、能源、石油化工等領(lǐng)域被廣泛使用，采用激光增材制造技術(shù)制備航空發(fā)動機(jī)葉片、渦輪盤、燃燒室等核心部件，有助于創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、提高零部件服役性能[9-12]。

在激光增材制造過程中，金屬粉末會經(jīng)歷熔化、凝固、汽化、固態(tài)相變等一系列復(fù)雜的強(qiáng)非平衡物態(tài)變化過程，并且高溫度梯度、高冷卻速率以及循環(huán)加熱—冷卻效應(yīng)，極易導(dǎo)致打印件內(nèi)部產(chǎn)生大的殘余應(yīng)力、裂紋、孔洞等工藝缺陷[6,13-15]，顯著增加零部件在服役過程中疲勞失效破壞的風(fēng)險[13]。當(dāng)前，僅能夠保證IN718、IN625 等極少數(shù)可焊性優(yōu)異的合金激光增材制造過程中不發(fā)生開裂，而CM247LC、IN939、IN738LC 等可焊性較差的合金在制造過程中極易發(fā)生開裂，如圖1（c）所示[16-19]。然而，可焊性較差合金體系的開裂機(jī)理目前尚不完全清楚，關(guān)于其裂紋控制策略仍有待進(jìn)一步研究[20-21]。

圖1 激光增材制造技術(shù)示意圖及高溫合金激光成形能力圖Fig.1 Schematic of laser additive manufacturing and the weldability of superalloys

近年來，研究人員圍繞激光增材制造高溫合金的開裂問題開展了大量研究[19,22-35]，裂紋類型可分為凝固裂紋、液化裂紋和固態(tài)裂紋三類，但關(guān)于其形成機(jī)理和控制策略尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識[27]。有鑒于此，本文將對三類裂紋的形貌特征、形成機(jī)理及影響因素展開詳細(xì)論述，并從合金成分優(yōu)化設(shè)計、成形工藝優(yōu)化設(shè)計和后處理工藝優(yōu)化設(shè)計三個方面系統(tǒng)介紹激光增材制造高溫合金抗開裂策略的研究思路和最新進(jìn)展，最后從材料、工藝和設(shè)備的角度對激光增材制造高溫合金的當(dāng)前發(fā)展趨勢和未來研究方向進(jìn)行展望，以期為高性能合金部件的增材制造提供理論指導(dǎo)。

1 激光增材制造高溫合金的裂紋類型及開裂機(jī)理

鎳基高溫合金的開裂現(xiàn)象在傳統(tǒng)鑄造、焊接等加工工藝中經(jīng)常出現(xiàn)。造成開裂的原因除了與合金中鋁、鈦元素含量較高導(dǎo)致可焊性較差相關(guān)以外，還與成形工藝類型、參數(shù)的選擇以及后處理方式密切相關(guān)。增材制造過程中伴隨強(qiáng)非平衡凝固行為，其高溫度梯度、高冷卻速率以及循環(huán)加熱—冷卻效應(yīng)導(dǎo)致合金發(fā)生元素偏析、相變以及殘余應(yīng)力累積，厘清這些因素與開裂行為的關(guān)系并闡明開裂機(jī)理，對于找到有效的裂紋控制策略以解決激光增材制造高溫合金開裂問題至關(guān)重要。下面從裂紋的形貌特征、形成機(jī)理及影響因素三個方面，對液化裂紋、凝固裂紋和固態(tài)裂紋三類典型裂紋展開系統(tǒng)介紹。

1.1 液化裂紋

液化裂紋是指合金在凝固過程中經(jīng)過固液兩相區(qū)時，晶界位置液相薄膜在殘余拉應(yīng)力作用下發(fā)生開裂而形成的沿晶裂紋。液化裂紋多出現(xiàn)在IN738、K465、CM247LC 等可焊性較差的鎳基高溫合金的熱影響區(qū)，具有明顯的沿晶開裂特征。液化裂紋的擴(kuò)展路徑較為曲折，裂紋附近通常伴有嚴(yán)重的元素偏析并形成液相薄膜，如圖2（a）至圖2（c）所示[19]。由于激光增材制造過程與激光焊接過程較為類似，因此，充分認(rèn)識激光焊接中液化裂紋形成機(jī)理對闡釋激光增材制造高溫合金中液化裂紋的形成機(jī)理具有借鑒意義。Ojo等[36-37]在研究激光焊接IN738 合金液化裂紋時發(fā)現(xiàn)，γ′相的組分液化和γ-γ′共晶的直接液化是熱影響區(qū)晶界位置形成液相薄膜的兩個主要來源，而殘余熱應(yīng)力是形成液化裂紋的主要驅(qū)動力。研究指出，在快速加熱過程中，晶界處的元素偏析會導(dǎo)致γ′相無法完全固溶，殘余的γ′相與周圍γ 基體發(fā)生共晶反應(yīng)，而共晶反應(yīng)的臨界溫度相對較低，一旦后續(xù)打印過程中的熱量累積使局部溫度升高至該臨界溫度，將導(dǎo)致晶界處γγ′共晶發(fā)生液化，形成液相薄膜。此時，如果合金內(nèi)部累積的殘余拉應(yīng)力又恰好超過了液相薄膜開裂所需的臨界應(yīng)力，晶界處就會形成液化裂紋[38]。綜上，形成液化裂紋需具備兩個條件：一是形成液相薄膜；二是殘余拉應(yīng)力超過液相薄膜開裂所需的臨界應(yīng)力，如圖2（d）所示[38]。

圖2 激光增材制造CM247LC合金液化裂紋的宏觀形貌照片及形成機(jī)理示意圖Fig.2 Morphologies and formation mechanism of liquation cracks in laser additive manufactured CM247LC

影響液化裂紋形成的因素主要包括晶界元素偏析、γ′相尺寸以及晶界取向差。

（1）晶界元素偏析對液化裂紋形成的影響

對于沉淀強(qiáng)化型鎳基高溫合金而言，凝固末期組成γ′相的鋁、鈦、鉭等合金元素容易在枝晶間富集，造成局部熱力學(xué)行為的改變，從而為枝晶間形成低熔點(diǎn)γ-γ′共晶提供驅(qū)動力[39-40]。Vitek 等[41]研究了鋁、鈦元素含量對IN625、IN738 和Mar-M247 合金開裂敏感性的影響。結(jié)果表明，IN 625合金因鋁、鈦元素含量較低，開裂敏感性相對較低，而IN738和Mar-M247合金因鋁、鈦元素含量較高，開裂敏感性也相對較高。因此，激光增材制造高溫合金在成分設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)合理控制鋁、鈦元素含量，降低開裂敏感性。

高溫合金中添加微量硼元素是為了在晶界位置形成硼化物，釘扎晶界，提高晶界結(jié)合強(qiáng)度[42]。然而，硼元素也會帶來副作用。例如，硼元素富集在晶界位置會促進(jìn)晶界液化，提高開裂敏感性。這是因?yàn)榕鹪仄鰰档途Ы绲囊夯瘻囟?，Xu 等[38]借助Scheil 模型計算了不同硼元素含量對激光增材制造IN738LC 合金凝固溫度范圍的影響，發(fā)現(xiàn)硼元素富集在晶界位置會造成合金固相線溫度下降，促進(jìn)晶界處液相薄膜的產(chǎn)生。另外，硼元素偏析會影響液相薄膜的穩(wěn)定性。硼元素偏析一方面會降低固液界面能，促進(jìn)液相沿晶界鋪展，另一方面會降低殘余液相的表面能，使其在較低溫度下依然維持液態(tài)，即降低了合金的凝固終止溫度。凝固終止溫度的降低意味著脆性溫度區(qū)間的擴(kuò)大，這將導(dǎo)致合金延展性下降并加劇熱影響區(qū)晶界位置液相薄膜的開裂[43]。

富鉬或鉻的碳化物能夠有效抑制高溫下的晶界滑動，起到穩(wěn)定晶界的作用，使合金獲得優(yōu)異的高溫強(qiáng)度。然而，當(dāng)碳化物長大到亞微米尺度及以上時，碳化物極易在殘余拉應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂成為裂紋源，造成開裂敏感性的升高[25,44]。綜上所述，增材制造高溫合金在合金成分設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)兼顧力學(xué)性能和開裂敏感性。

（2）γ′相尺寸對液化裂紋形成的影響

液相薄膜主要產(chǎn)生于γ′相組分液化和γ-γ′共晶直接液化兩類情況，如圖2（d）所示[38]。其中，γ′相的組分液化在鑄造高溫合金中較為常見，而γ-γ′共晶的直接液化在激光增材制造高溫合金中更為普遍。研究認(rèn)為，這種差異性與γ′相的尺寸密切相關(guān)。γ′相的尺寸決定了γ′相與基體之間是否滿足共格關(guān)系，繼而影響γ′相能否發(fā)生組分液化[38]。對于鑄造IN738LC 合金，晶界處γ′相較為粗大，為1～2μm，其與基體之間不滿足共格關(guān)系，位錯與γ′相之間的交互作用方式為Orowan機(jī)制，即位錯繞過γ′相顆粒并在相界面處留下位錯環(huán)。隨著位錯的累積，相界面因應(yīng)力集中而發(fā)生開裂。而激光增材制造IN738LC 合金在高溫度梯度、高冷卻速率作用下，內(nèi)部γ′相尺寸較細(xì)小，γ′相與基體之間通常滿足共格或半共格關(guān)系，γ′相的固溶由界面控制，使得組分液化行為被抑制。然而，激光增材制造在打印過程中會不斷產(chǎn)生熱量的累積，一旦局部溫度超過了γ-γ′共晶反應(yīng)溫度，晶界處同樣會形成液相薄膜，并在殘余拉應(yīng)力的作用下發(fā)展成裂紋。綜上，盡管激光增材制造過程中γ′相的組分液化能夠被抑制，但仍可能發(fā)生γ-γ′共晶的直接液化，引起液相薄膜的產(chǎn)生與開裂。如何有效抑制γ-γ′共晶的直接液化是解決激光增材制造高溫合金液化開裂問題的關(guān)鍵。

（3）晶界取向差對液化裂紋形成的影響

Zhou 等[40]借助電子背散射衍射技術(shù)統(tǒng)計分析了激光增材制造高溫合金中開裂晶界和未開裂晶界的取向差角，發(fā)現(xiàn)取向差角為30°～60°的晶界形成裂紋的概率為91.7%，而取向差角為15°～25°的晶界形成裂紋的概率僅為20%，表明合金開裂傾向性隨晶界取向差的增大而升高。類似機(jī)制也可用于解釋激光增材制造CM247LC 合金的液化開裂行為。盡管在激光增材制造CM247LC 合金的晶界和枝晶界位置均存在γ-γ′共晶組織，但是液化開裂行為卻集中發(fā)生于晶界位置。這是因?yàn)榫Ы鐑蓚?cè)取向差角較大（>15°），而枝晶界兩側(cè)無取向差角或者取向差角很?。?°～5°）。晶界取向差角越大，相鄰晶粒之間凝固收縮程度差異也就越大，加劇了液相薄膜的開裂。

綜上，抑制液化裂紋的思路包括抑制晶界元素偏析和低熔點(diǎn)共晶相析出、降低大角晶界體積分?jǐn)?shù)以及減小殘余應(yīng)力。

1.2 凝固裂紋

凝固裂紋是指合金在凝固過程中經(jīng)過固液兩相區(qū)時，因凝固末期枝晶間液相補(bǔ)縮不足而形成的沿枝晶開裂的裂紋。凝固裂紋的裂紋面之間存在較大縫隙，可以觀察到明顯的胞狀或樹枝狀形貌，如圖3（a）和圖3（b）所示[19]。從圖3（c）凝固裂紋形成機(jī)理示意圖中可以看出，凝固裂紋主要發(fā)生在糊狀區(qū)（該區(qū)域內(nèi)材料處于固液兩相共存狀態(tài)）。激光增材制造過程中的高溫度梯度和高冷卻速率，使得凝固過程傾向于以胞狀晶或樹枝晶方式生長，進(jìn)而形成很長的液相通道。隨著溫度降低，通道中的液相凝固收縮，而枝晶間的高熔點(diǎn)碳化物及大的枝晶會阻礙液相流動，導(dǎo)致枝晶間通道內(nèi)液相補(bǔ)縮不足，引發(fā)凝固裂紋的形成[40]。

圖3 激光增材制造IN939合金凝固裂紋的宏觀形貌照片及形成機(jī)理示意圖Fig.3 Morphologies and formation mechanism of solidification cracks in laser additive manufactured IN939

Zhou 等[40]借助電子探針顯微分析技術(shù)考察了激光增材制造高溫合金凝固裂紋附近的元素分布，發(fā)現(xiàn)鋁、鈦、鉭、鉿、鎢、碳、硅、氧等元素在裂紋附近均存在不同程度的偏析，據(jù)此可以判定凝固裂紋的形成與枝晶界處的元素偏析相關(guān)。進(jìn)一步研究表明，凝固裂紋的形成受到凝固溫度范圍和凝固末期元素偏析行為的控制。根據(jù)Scheil 方程，合金的凝固溫度范圍越寬，固液兩相共存區(qū)間就越大，越容易形成凝固裂紋[45]。凝固溫度范圍與合金化程度相關(guān)，想要獲得較窄的凝固溫度范圍，就需要合理控制鎢、鉬、鈷、鉻、錸等固溶元素的含量。Kou 等[46]提出，合金凝固末期的開裂敏感性差異可以用凝固開裂指數(shù)（solidification cracking index，SCI）進(jìn)行描述。圖4給出了幾種不同類型高溫合金的凝固開裂指數(shù)與固相摩爾分?jǐn)?shù)fs之間的關(guān)系圖。從圖4（a）可以看出，當(dāng)fs>0.8 時，所有合金的凝固開裂指數(shù)在凝固末期均顯著升高，表明合金的開裂敏感性急劇增加。對于凝固溫度范圍較寬的合金，由于液相補(bǔ)縮不足現(xiàn)象更嚴(yán)重，因此開裂敏感性增加也更快。當(dāng)0.9

圖4 不同類型高溫合金的凝固開裂指數(shù)與固相摩爾分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系圖[19]Fig.4 Relationship between the solidification cracking index and the mole fraction of solids of different superalloys[19]

綜上，凝固溫度范圍和凝固末期元素偏析行為均與合金化程度密切相關(guān)，且對合金的成形性至關(guān)重要。因此，可以根據(jù)激光增材制造的工藝特點(diǎn)，重新設(shè)計合金成分，包括固溶強(qiáng)化元素和微量元素，以縮窄凝固溫度范圍、降低凝固末期開裂敏感性，同時兼顧合金的高溫強(qiáng)度、疲勞可靠性以及蠕變性能。

1.3 固態(tài)裂紋

固態(tài)裂紋與液化裂紋和凝固裂紋不同，其主要發(fā)生在固相階段，根據(jù)成因不同，可進(jìn)一步劃分為應(yīng)變時效裂紋和高溫失塑裂紋。

（1）應(yīng)變時效裂紋

應(yīng)變時效裂紋是指后續(xù)打印產(chǎn)生的熱循環(huán)使前序沉積層處于時效溫度區(qū)間而不斷析出γ′相，造成合金塑性下降而形成的沿晶裂紋。應(yīng)變時效裂紋的特點(diǎn)是裂紋面比較光潔，裂紋面兩側(cè)形狀近似，裂紋路徑較為曲折，尺寸較大，可達(dá)數(shù)百微米，且貫穿多個沉積層，如圖5（a）和圖5（b）所示[49]。應(yīng)變時效裂紋的形成與激光增材制造過程中的循環(huán)加熱—冷卻效應(yīng)密切相關(guān)[32]，特別是對于合金化程度較高的鎳基高溫合金，其在增材制造過程中應(yīng)變時效開裂敏感性相對更高，更容易形成裂紋，如圖5（c）所示。為了降低合金的應(yīng)變時效開裂敏感性，在進(jìn)行合金成分設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)合理控制材料的合金化程度。例如，在提高鈦、鈮、鉭等元素含量時，應(yīng)適當(dāng)降低鋁元素的含量。

圖5 激光增材制造CM247LC合金中應(yīng)變時效裂紋的宏觀形貌照片及開裂敏感性關(guān)系圖[19]Fig.5 Morphologies of strain-age crack in laser additive manufactured CM247LC and the relationship of strain-age cracking sensitivity with the alloy content[19]

（2）高溫失塑裂紋

高溫失塑裂紋是指后序打印產(chǎn)生的熱循環(huán)使前序沉積層經(jīng)歷一段高溫區(qū)間（為0.5～0.7 倍的熔點(diǎn)），該區(qū)間內(nèi)晶界塑性顯著下降，晶界在殘余應(yīng)力和相變應(yīng)力共同作用下發(fā)生滑動而形成的沿晶裂紋。高溫失塑裂紋在CM247LC[49]和IN738LC[35]等高溫合金中較為常見，主要位于三叉晶界位置或者液化裂紋的底部，裂紋尖端呈現(xiàn)楔形，裂紋附近分布有大量納米氧化物顆粒，如圖6所示[35]。

圖6 激光增材制造IN738合金中高溫失塑裂紋的宏觀形貌照片和形成機(jī)理示意圖[35]Fig.6 Morphologies and schematic of the formation mechanism of ductility-dip crack in laser additive manufactured IN738[35]

高溫失塑裂紋形成因素包括合金成分、晶粒大小、晶界偏析、晶界相析出、晶粒取向、晶界形貌以及環(huán)境中氧含量等。目前對于高溫失塑裂紋的形成機(jī)理尚未達(dá)成共識[50]。Zhang等[35]重點(diǎn)研究了晶界形貌和環(huán)境中氧含量對高溫失塑裂紋的影響。在中溫區(qū)間，長直形貌的晶界極易發(fā)生晶界滑動，導(dǎo)致應(yīng)變在晶界附近產(chǎn)生累積，一旦累積的應(yīng)變超過了晶界協(xié)調(diào)變形的極限，晶界就會發(fā)生開裂；相反，曲折形貌的晶界可以通過互鎖抑制晶界滑動，借助應(yīng)力松弛或?qū)\生釋放應(yīng)變，從而使晶粒間變形更加均勻，抑制裂紋的形成。環(huán)境中氧含量主要是通過晶界氧化來影響高溫失塑裂紋的擴(kuò)展，主要有兩個代表性理論：一是動態(tài)致脆理論，該理論認(rèn)為，氧元素在裂紋前端通過短程擴(kuò)散形式，不斷降低裂紋尖端前緣的晶界結(jié)合強(qiáng)度，加速裂紋向前擴(kuò)展，且該過程是動態(tài)進(jìn)行的；二是應(yīng)力誘導(dǎo)晶界氧化理論，該理論強(qiáng)調(diào)氧元素在應(yīng)力作用下發(fā)生長程擴(kuò)散，在裂紋尖端前緣形成氧化物，通過氧化物自身斷裂或氧化物與基體界面脫黏的形式促進(jìn)裂紋向前擴(kuò)展。上述兩類理論所涉及的晶界氧化誘導(dǎo)高溫失塑裂紋的擴(kuò)展行為均是在高溫、高裂紋尖端應(yīng)力以及氧元素侵入共同作用下的結(jié)果。

綜上，為了抑制液化裂紋，應(yīng)當(dāng)抑制元素的晶界偏析行為，減少低熔點(diǎn)γ-γ′共晶的析出，降低殘余應(yīng)力；為了抑制凝固裂紋，在進(jìn)行合金成分設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)合理控制合金化程度，確保盡可能窄的凝固溫度范圍和有限的沿晶顆粒增強(qiáng)相；為了抑制固態(tài)裂紋，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)降低γ′相的體積分?jǐn)?shù)，以保證一定程度的高溫塑性。

2 激光增材制造高溫合金裂紋控制思路及策略

基于對激光增材制造高溫合金開裂機(jī)理的認(rèn)識，研究者們圍繞控制γ′相的體積分?jǐn)?shù)和共晶相析出、提高界面結(jié)合強(qiáng)度、縮窄凝固溫度范圍等思路，相繼提出了多種有效策略以抑制高溫合金的開裂行為，具體包括合金成分優(yōu)化設(shè)計、成形工藝優(yōu)化設(shè)計和后處理工藝優(yōu)化三個方面。這些舉措為開發(fā)高性能激光增材制造高溫合金奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

2.1 合金成分優(yōu)化設(shè)計

（1）合金成分調(diào)控

目前，激光增材制造所使用的高溫合金成分多是基于傳統(tǒng)制造工藝（如鑄造、鍛造和焊接）而設(shè)計的，沒有考慮增材制造技術(shù)具有的高溫度梯度、高冷卻速率以及循環(huán)加熱—冷卻的工藝特點(diǎn)，由此引發(fā)出合金成分與工藝之間不匹配的問題，無法最大限度發(fā)揮激光增材制造技術(shù)的優(yōu)勢；此外，鋁、鈦元素含量較高的鎳基高溫合金，可焊性差，在增材制造過程中極易開裂。如何根據(jù)增材制造技術(shù)工藝特點(diǎn)，調(diào)整或設(shè)計合金成分以制備出無裂紋的高性能合金部件，是當(dāng)前研究中的熱點(diǎn)問題之一。

Tomus 等[51]研究了錳、硅元素含量對激光增材制造Hastelloy X合金開裂行為的影響，發(fā)現(xiàn)降低錳、硅元素含量可以降低合金開裂敏感性。Harrison 等[32]在此基礎(chǔ)上開展了更為深入的研究，以Hastelloy X合金成分為基礎(chǔ)，通過適當(dāng)提高固溶強(qiáng)化元素鉬、鎢的含量，同時降低鐵、硅的含量，使得合金可以同時滿足固溶強(qiáng)化和抗開裂的需求。試驗(yàn)結(jié)果顯示，改性后合金的裂紋密度相較于改性前下降了約65%，且合金高溫拉伸強(qiáng)度顯著提升。

Tang 等[19]從成形和成性雙重控制的角度出發(fā)，提出了“設(shè)計驅(qū)動合金開發(fā)”（alloys-by-design）的理念，以指導(dǎo)開發(fā)專門適用于激光增材制造工藝的新型高溫合金。借助高通量集成計算工具，研究人員對γ′相含量、應(yīng)變時效開裂指數(shù)、凝固溫度范圍和蠕變壽命之間的非線性復(fù)雜關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)評估，從圖7（a）和圖7（b）所示的合金應(yīng)變時效開裂指數(shù)與γ′相含量、蠕變壽命之間的關(guān)系圖可以看出，提高γ′相含量雖然可以提升合金的蠕變抗力，但同時也會提高合金的開裂敏感性，即合金的成形與成性之間表現(xiàn)出明顯的倒置關(guān)系。因此，合金成分設(shè)計的關(guān)鍵是如何平衡好增材制造高溫合金的開裂敏感性和蠕變性能。圖7（c）和圖7（d）分別給出了Scheil 凝固溫度范圍與蠕變壽命以及應(yīng)變時效開裂指數(shù)之間關(guān)系的計算預(yù)測結(jié)果[19]。在計算中，研究者分別選擇4wt%和280K 作為應(yīng)變時效開裂指數(shù)和凝固溫度范圍的上限，其中280K 介于IN738LC 和IN718 合金的凝固溫度之間。經(jīng)過計算，研究者確定了高性能無裂紋合金的成分設(shè)計區(qū)間，開發(fā)出了具有中等體積分?jǐn)?shù)γ′強(qiáng)化相（20%～30%）的兩類新型鎳基高溫合金ABD-850AM 和ABD-900AM，這兩類合金在激光增材制造過程中成形性能良好，均無明顯開裂現(xiàn)象，且具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能。ABD-900AM的屈服強(qiáng)度在900℃以下均優(yōu)于IN939，在700℃以下甚至可以超過CM247LC；此外，由于晶界強(qiáng)化元素碳、硼、鉿的添加，ABD-900AM 的延伸率在1000℃以下均可保持在15%以上，且蠕變壽命在900℃以下優(yōu)于IN718。研究進(jìn)一步給出了高性能無裂紋激光增材制造高溫合金的一般性成分優(yōu)化設(shè)計準(zhǔn)則，即在最大允許的凝固溫度范圍和應(yīng)變時效開裂敏感因子范圍內(nèi)，需保證設(shè)計出的合金蠕變強(qiáng)度能夠滿足服役條件所要求的最低容限。

圖7 基于計算得到的新型高溫合金設(shè)計窗口[19]Fig.7 Computational alloy design spaces used for new grades of superalloy[19]

（2）粉末表面改性

粉末表面改性的理念最早被用于解決激光增材制造高強(qiáng)鋁合金（Al6061和Al7075）的開裂問題。Martin等[52]在鋁合金粉末的表面通過機(jī)械互混的方法涂覆上一層ZrH2納米細(xì)化劑，發(fā)現(xiàn)利用表面改性后的鋁合金粉末進(jìn)行打印，可以有效改善高強(qiáng)鋁合金的開裂問題，且強(qiáng)度與同類鍛件基本相當(dāng)。分析認(rèn)為，涂覆在合金粉末表面的納米顆粒在凝固過程中可以充當(dāng)異質(zhì)形核劑，降低形核勢壘，促進(jìn)晶粒生長方式由柱狀晶生長轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶生長，從而有效抑制裂紋的形成，如圖8 所示[52]。澳大利亞莫納什大學(xué)的吳鑫華團(tuán)隊(duì)在此學(xué)術(shù)思想的基礎(chǔ)上，又相繼開發(fā)了適用于SLM成形工藝的新型3 系、4 系、5 系鋁合金：Al-Si 合金[53]、Al-Mg-Sc-Zr合金（Scalmalloy?）[54-55]和Al-Mn-Sc 合金[56]。

圖8 粉末表面改性抑制激光增材制造合金開裂行為的原理示意圖[52]Fig.8 Schematic of the strategy to surpress hot cracking in the laser additive manufactured alloys by functionalizing the powder feedstock with nanoparticles[52]

粉末表面改性的策略也被用于解決激光增材制造高溫合金的開裂問題，并取得了不錯的效果[57-60]。以Hastelloy X（GH3536）鎳基高溫合金為例，該合金服役溫度為540～1000°C，具有優(yōu)異的抗氧化和高溫力學(xué)性能，是航空發(fā)動機(jī)燃燒室部件的關(guān)鍵材料。但是這類合金在增材制造過程中極易發(fā)生開裂，造成合金力學(xué)性能的顯著下降，裂紋類型多為液化裂紋[24,61]。根據(jù)1.1節(jié)的介紹，液化裂紋的形成需要滿足兩個條件：一是在晶界位置形成液相薄膜，二是累積的殘余拉應(yīng)力超過液相薄膜開裂所需的臨界應(yīng)力?；趯σ夯鸭y開裂機(jī)理的認(rèn)識，Han等[29]通過機(jī)械互混的方法，在Hastelloy X 高溫合金粉末表面涂覆上TiC 納米顆粒，采用表面改性后的合金粉末進(jìn)行打印，發(fā)現(xiàn)合金的開裂行為被有效抑制，且合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均顯著提升。TiC納米顆粒的引入盡管不能消除晶界位置的碳化物偏析，但是可以改變晶界位置的殘余應(yīng)力大小和分布。均勻分布于基體中的TiC 納米顆粒能夠促進(jìn)異質(zhì)形核，提高小角晶界體積分?jǐn)?shù)，這些小角晶界通常由高密度的位錯組成，所產(chǎn)生的壓應(yīng)力能夠部分抵消殘余拉應(yīng)力，使得晶界位置的應(yīng)力低于碳化物開裂或液相薄膜開裂所需的臨界應(yīng)力，有效抑制裂紋的形成，改善合金的力學(xué)性能。研究人員還進(jìn)一步考察了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)納米顆粒對于Hastelloy X高溫合金開裂行為和拉伸性能的影響。發(fā)現(xiàn)表面改性后的合金粉末在打印時，開裂行為均能被有效抑制，但當(dāng)TiC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1wt%增加到3wt%時，TiC 納米顆粒出現(xiàn)了明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，使得合金孔隙率和缺陷尺寸明顯增加，導(dǎo)致合金延伸率顯著降低[29,31]。此外，研究人員還考察了其他類型納米增強(qiáng)相顆粒對Hastelloy X高溫合金開裂行為和拉伸性能的影響[28,30]。Cheng 等[28]利用原位化學(xué)方法在Hastelloy X 表面涂覆上1wt%Y2O3納米顆粒，該方法獲得的表面改性金屬粉末保留了原粉末的圓整度和光潔度，Y2O3納米顆粒能夠在金屬粉末表面均勻分散而無明顯團(tuán)聚。利用改性后的金屬粉末打印獲得的合金樣品，開裂行為被有效抑制且組織結(jié)構(gòu)相較于未改性的合金樣品更加均勻。拉伸結(jié)果顯示，合金的強(qiáng)塑性能在粉末表面改性后得到同步提升，其中強(qiáng)度的提升主要來自細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng)和Y2O3納米顆粒產(chǎn)生的顆粒強(qiáng)化效應(yīng)，塑性的提升主要來源于裂紋被有效抑制。

綜上，合理選擇納米顆粒的類型和含量對于高溫合金的成形成性至關(guān)重要，一方面需要確保納米顆粒的穩(wěn)定性并與基體之間滿足良好的共格性，另一方面需要確保納米顆粒能夠均勻涂覆在金屬粉末表面而不發(fā)生團(tuán)聚。然而，引入納米陶瓷顆粒不可避免地會改變合金成分，使材料在工業(yè)應(yīng)用前需要被重新認(rèn)證，這無形中增加了材料的使用成本。此外，引入納米陶瓷顆粒促進(jìn)了異質(zhì)形核，由此導(dǎo)致的晶粒結(jié)構(gòu)細(xì)化對于高溫蠕變性能是不利的。因此，如何兼顧增材制造高溫合金的抗開裂行為、高溫力學(xué)性能以及使用成本，是粉末表面改性這一策略當(dāng)下需要解決的主要難題。

（3）晶界偏析工程

與引入納米異質(zhì)顆粒進(jìn)行粉末表面改性的方法不同，原子尺度晶界偏析工程能夠在不顯著細(xì)化晶粒的情況下，有效抑制激光增材制造高溫合金的開裂行為。通常認(rèn)為，晶界偏析會誘導(dǎo)形成有害的金屬間化合物，破壞晶界的完整性[62]。但也有觀點(diǎn)認(rèn)為，鑄造過程中因晶界偏析形成的某些金屬間化合物反而有助于抑制合金的開裂行為[63]。晶界偏析工程的基本思想是通過綜合考慮熱力學(xué)和動力學(xué)條件，操控凝固末期枝晶界和晶界位置的元素偏析，以及隨后局部位置的受限相變行為，從而改變枝晶界或晶界位置的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)，最終達(dá)到抑制開裂的目的[64-65]。

高強(qiáng)度、無裂紋的激光增材制造Co-Cr-Fe-Ni 高熵合金的制備，是晶界偏析工程在解決合金開裂問題上的成功案例。Sun 等[66]將0.5at%的鋁粉與Co-Cr-Fe-Ni 高熵合金粉末進(jìn)行機(jī)械互混后再打印，有效抑制了合金的開裂行為。研究發(fā)現(xiàn)，凝固過程中鋁的溶解度會隨著溫度的降低而下降，造成鋁元素在枝晶界和晶界發(fā)生富集，促進(jìn)了連續(xù)液相薄膜的形成，如圖9（a）所示，并且基體的連續(xù)收縮還會在枝晶界和晶界處產(chǎn)生大的殘余拉應(yīng)力。隨著溫度進(jìn)一步降低，B2 相會在枝晶界和晶界位置逐漸析出，如圖9（b）所示，隨后在熱力學(xué)驅(qū)動力的作用下發(fā)生調(diào)幅分解，分解成島狀的B2 相和富Cr的BCC相，如圖9（c）所示。這一過程中調(diào)幅分解引發(fā)的相變行為會促進(jìn)摩爾體積的膨脹，而金屬間化合物相的非對稱分布會引入更多的幾何必須位錯，這兩個方面產(chǎn)生的應(yīng)力場能夠共同抵消部分殘余拉應(yīng)力，改變枝晶界和晶界位置的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)，甚至由拉應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力狀態(tài)，如圖9（d）所示，從而有效抑制合金的開裂行為。

圖9 晶界偏析工程解決激光增材制造高熵合金開裂問題的原理示意圖[66]Fig.9 Mechanistic schematic of grain boundary segregation engineering(GBSE)in suppressing cracking of high-entropy alloy[66]

同樣地，晶界偏析工程的理念有望被應(yīng)用于解決激光增材制造高溫合金的開裂問題。通過適當(dāng)調(diào)控合金元素，改變枝晶界和晶界位置的元素偏析以及相析出行為，可以對界面位置應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行有效調(diào)控，進(jìn)而獲得無裂紋的高性能高溫合金。

2.2 成形工藝優(yōu)化

（1）基板預(yù)熱

基板預(yù)熱可以在一定程度上減小激光增材制造過程中熔化區(qū)與基材之間的溫度梯度，降低殘余應(yīng)力，緩解合金的開裂行為[67]。張潔等[68]通過X射線方法考察了不同預(yù)熱溫度下增材制造IN625 合金的開裂行為，發(fā)現(xiàn)隨著基板預(yù)熱溫度的升高，合金內(nèi)部殘余應(yīng)力顯著下降，裂紋數(shù)量隨之減少。楊益等[69]在SLM 成形TiAl 合金中也觀察到了類似現(xiàn)象，合金的裂紋密度在更高的基板預(yù)熱溫度下明顯降低。然而，基板預(yù)熱只能在一定程度上緩解合金的開裂行為，很難從根本上完全消除裂紋。

（2）工藝參數(shù)優(yōu)化

通過調(diào)整工藝參數(shù)以降低溫度梯度和冷卻速率，實(shí)現(xiàn)凝固模式由柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變，有望從根本上解決激光增材制造過程中的合金開裂問題[32,70-72]。Kontis 等[34]研究了晶粒尺寸對合金開裂行為的影響。發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控工藝參數(shù)細(xì)化晶粒尺寸和提高晶界體積分?jǐn)?shù)，不僅可以使硼、鉻、鉬等合金元素在枝晶界和晶界位置分布更加均勻，有效抑制元素偏析，保證合金成分濃度低于形成金屬間化合物所需的臨界濃度；而且可以使殘余應(yīng)力在晶界上分布更加均勻，保證殘余應(yīng)力低于液相薄膜開裂所需的臨界應(yīng)力。進(jìn)一步統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生開裂的柱狀晶尺寸與不發(fā)生開裂的等軸晶尺寸之間存在一個臨界閾值（100μm），通過調(diào)控工藝參數(shù)將晶粒尺寸限制在該閾值以下，可以有效抑制合金的開裂行為。此外，Zhang等[35]研究了晶界曲率對合金開裂行為的影響。發(fā)現(xiàn)通過降低激光束能量和調(diào)整掃描路徑為雙向往復(fù)掃描，激光增材制造IN738 合金的外延生長行為和大尺寸柱狀晶可以被有效抑制，晶界隨之變得更為曲折，合金開裂傾向性得到顯著削弱。

對于如何確定合適的工藝參數(shù)以獲得理想的組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)而有效抑制合金開裂，研究者之間存在不同觀點(diǎn)。以激光增材制造IN738LC 合金工藝參數(shù)優(yōu)化為例，Montazeri等[73]認(rèn)為降低能量輸入可以減小殘余拉應(yīng)力，有效抑制液化裂紋的形成。而Idowu等[74]認(rèn)為降低能量輸入不僅會形成更多更厚的液相薄膜，而且會提高殘余應(yīng)力，增加合金的開裂傾向性。上述分歧表明，為了建立更為普適性的工藝參數(shù)優(yōu)化準(zhǔn)則，激光增材制造合金成分—工藝參數(shù)—組織結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在關(guān)系仍有待深入研究。需要強(qiáng)調(diào)的是，單純通過調(diào)控工藝參數(shù)以抑制高溫合金開裂行為的效果是非常有限的。根據(jù)Ti-6Al-4V 和IN718 合金的溫度梯度—凝固速率圖，要想實(shí)現(xiàn)凝固方式的轉(zhuǎn)變，必須使溫度梯度降低1～2 個數(shù)量級。因此，工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計必須與合金成分的優(yōu)化設(shè)計相結(jié)合，才可能發(fā)揮更大作用。

（3）激光噴丸技術(shù)

激光噴丸技術(shù)是在傳統(tǒng)噴丸技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的一種新型表面改性技術(shù)。相較于傳統(tǒng)噴丸技術(shù)，激光噴丸技術(shù)具有高應(yīng)變率、高能量利用率、穩(wěn)定性好等特征。激光噴丸技術(shù)的工作原理是利用高頻、高功率、短脈沖的激光束與材料之間發(fā)生交互作用，材料表面在激光輻照下迅速汽化、電離，形成等離子體，等離子體持續(xù)吸收能量使得其體積急劇膨脹，產(chǎn)生指向材料內(nèi)部的強(qiáng)沖擊波，由于沖擊波的峰值應(yīng)力通常會高于材料的屈服強(qiáng)度，所以會引起材料表層及亞表層顯微組織和應(yīng)力狀態(tài)的改變，實(shí)現(xiàn)材料表面改性。

激光噴丸技術(shù)的最初目標(biāo)是改善材料的耐磨損、耐腐蝕和抗疲勞性能，以提高工程構(gòu)件的服役壽命。近期，研究人員將激光噴丸技術(shù)與激光增材制造技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展了一種新的增材制造—激光噴丸復(fù)合制造技術(shù)，即在激光增材制造的過程中，每打印數(shù)層后進(jìn)行一次激光噴丸處理，然后再繼續(xù)打印，如此往復(fù)，如圖10（a）和圖10（b）所示[33]。研究人員發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用該技術(shù)制備CM247LC 鎳基高溫合金，合金的裂紋密度相較未經(jīng)處理的同類合金下降了約95%。圖10（c）給出了激光噴丸處理抑制開裂的原理示意圖。從圖中可以看出，激光噴丸處理能夠抑制開裂歸因于處理后合金表層應(yīng)力狀態(tài)由殘余拉應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄩簯?yīng)力狀態(tài)[33]。值得注意的是，激光噴丸處理過程中激光功率以及間隔打印層數(shù)的選擇與其產(chǎn)生的裂紋閉合效果密切相關(guān)。當(dāng)激光功率較低或者間隔層數(shù)較多時，所產(chǎn)生的熱量累積和殘余熱應(yīng)力將不足以抵消殘余拉應(yīng)力，造成遠(yuǎn)離激光噴丸處理的位置依然形成大量裂紋；此外，激光噴丸處理會改變局部顯微組織，形成周期性變化的組織結(jié)構(gòu)，這可能會對合金的力學(xué)性能和腐蝕性能產(chǎn)生重要影響，該方面仍有待深入研究。

圖10 激光噴丸處理前后激光增材制造CM247LC合金的宏觀形貌照片及激光噴丸處理原理圖[33]Fig.10 Comparison of the morphologies of laser additive manufactured CM247LC before and after laser shock peening and its mechanism for eliminating cracks[33]

（4）施加外場

激光增材制造過程中施加磁場或超聲等外場，可以有效抑制鎳基高溫合金的開裂行為。以超聲為例，熔池液相在高頻超聲振動下會產(chǎn)生大量氣穴，這些氣穴會在短時間內(nèi)快速形核、長大、破裂，產(chǎn)生高強(qiáng)度的超聲波，這些聲空穴在金屬凝固過程中會不斷攪動熔池，從而產(chǎn)生更多的異質(zhì)形核點(diǎn)，促進(jìn)合金凝固方式由柱狀晶生長轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶生長[75-76]。根據(jù)1.2 節(jié)關(guān)于凝固裂紋形成機(jī)理的介紹，凝固裂紋的形成主要是由大的枝晶和枝晶間分布的高熔點(diǎn)碳化物阻礙液相補(bǔ)縮所致。因此，通過施加外場促進(jìn)合金凝固方式由柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶，將有助于抑制凝固裂紋的形成。Todaro等[77]系統(tǒng)研究了施加超聲對激光增材制造316L 不銹鋼和IN625 合金組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響規(guī)律。經(jīng)超聲處理后，合金的晶粒結(jié)構(gòu)由粗大的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榱思?xì)小均勻的等軸晶，開裂行為得到有效抑制，合金的織構(gòu)效應(yīng)也被明顯削弱。拉伸測試結(jié)果顯示，相較于沒有施加超聲處理的同類合金，其強(qiáng)度提升了約12%，且力學(xué)性能的各向異性基本消除。這項(xiàng)技術(shù)的一大優(yōu)勢是，可以非常方便地實(shí)現(xiàn)對特定位置的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的調(diào)控，如圖11所示。

圖11 激光增材制造過程中施加超聲的原理示意圖和效果圖[77]Fig.11 Schematic of laser additive manufacturing with high-intensity ultrasound and the corresponding EBSD orientation maps[77]

綜上，在激光增材制造過程中施加外場是解決高溫合金開裂問題的有效手段之一。該方法可以產(chǎn)生以下效果：一是在糊狀區(qū)施加外場可以促進(jìn)枝晶破碎，產(chǎn)生更多異質(zhì)形核點(diǎn)，促進(jìn)柱狀晶凝固方式向等軸晶凝固方式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化；二是利用電磁攪拌或超聲振動可以使液相充分?jǐn)噭?，元素分布更加均勻，從而削弱元素偏析效?yīng)；三是通過施加外場，可以改變?nèi)鄢貎?nèi)部的溫度場分布，降低殘余應(yīng)力，使應(yīng)力分布更加均勻。目前，該方法在實(shí)際應(yīng)用中仍然面臨許多挑戰(zhàn)。如果在SLM成形過程中施加超聲，超聲振動可能會破壞粉末床的穩(wěn)定性，引入更多的工藝缺陷。因此，該方法目前主要適用于激光熔化沉積技術(shù)。此外，Todaro等在研究中所采用的發(fā)聲裝置為壓電式轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器的弊端在于其超聲強(qiáng)度會隨著打印高度的增加發(fā)生周期性衰減，無法打印形狀復(fù)雜的大尺寸結(jié)構(gòu)部件。可能的解決辦法是改用磁致伸縮換能器，通過調(diào)節(jié)換能器頻率自動調(diào)諧到可變諧振狀態(tài)。

2.3 后處理工藝優(yōu)化

熱等靜壓處理是消除微孔洞和微裂紋最常用的后處理工藝，它的工作原理是借助高溫高壓使裂紋面壓合或者高溫固溶擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)微裂紋和微孔洞的修復(fù)愈合[26,78]。Han等[26]研究了熱等靜壓處理對SLM 成形Hastelloy X 合金開裂行為和力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過熱等靜壓處理后（1155℃，100MPa，3h），打印態(tài)合金中的裂紋和微孔洞基本消除，然而合金內(nèi)部發(fā)生了明顯的再結(jié)晶晶粒長大，這導(dǎo)致了合金屈服強(qiáng)度顯著下降（約130MPa），但合金部件的高周疲勞壽命因裂紋的消除和殘余應(yīng)力的釋放而得到有效改善。

除了會引起晶粒結(jié)構(gòu)粗化以外[26]，熱等靜壓處理對于消除裂紋長度在6μm 以上的大尺寸固態(tài)裂紋、表面裂紋以及開孔缺陷無能為力[79]。此外，熱等靜壓處理還增加了制造成本，且難以用于復(fù)雜形狀的增材制造合金部件。因此，從成本、結(jié)構(gòu)粗化、裂紋尺寸、結(jié)構(gòu)件復(fù)雜程度等多個角度考慮，采用熱等靜壓工藝消除激光增材制造高溫合金開裂行為的策略存在較大局限性。

3 結(jié)論及展望

目前，研究人員在新型激光增材制造高溫合金抗開裂問題上已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但大部分高溫合金的開裂問題仍未得到有效解決，且缺乏普適性的抗開裂策略。從源頭上抑制裂紋的形成，是當(dāng)下解決激光增材制造高溫合金開裂問題的重要努力方向。

首先，需要從宏微觀尺度厘清高溫合金體系中不同類型裂紋的開裂機(jī)理，包括熔池、晶粒、胞結(jié)構(gòu)、析出相、元素偏析以及殘余應(yīng)力對開裂行為的影響規(guī)律，指導(dǎo)工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)而確定最佳的工藝參數(shù)窗口。其次，需要改進(jìn)現(xiàn)有激光增材制造設(shè)備，采用高溫預(yù)熱、微鑄鍛、激光噴丸處理或施加磁場、超聲場等物理場，改善打印過程中殘余應(yīng)力的大小與分布狀態(tài)，抑制有害元素偏析以及有害相生成，消除裂紋形成的不利條件。基于對合金成分—工藝參數(shù)—開裂敏感性—力學(xué)性能之間關(guān)系的深入認(rèn)識，開發(fā)適用于增材制造工藝特性的新合金體系，從根本上解決高溫合金在激光增材制造過程中的開裂問題。最后，傳統(tǒng)基于試錯法獲得最佳成分與工藝參數(shù)的策略，既費(fèi)時又費(fèi)力，迫切需要熱力學(xué)計算、機(jī)器學(xué)習(xí)以及材料高通量制備等手段的加入，以建立成分—工藝—缺陷—性能數(shù)據(jù)庫，加速基于增材制造高溫度梯度、高冷卻速率以及循環(huán)加熱—冷卻效應(yīng)的新型高溫合金的開發(fā)，如圖12所示。目前已有部分研究人員開展了相關(guān)工作，如牛津大學(xué)的Tang等[19]通過熱力學(xué)計算，建立了合金成分—打印性能—力學(xué)性能三者之間的關(guān)系，通過縮窄凝固溫度范圍、抑制低熔點(diǎn)共晶相析出、提高合金高溫塑性，開發(fā)了可分別在850℃和900℃下長期使用的新型高溫合金ABD-850AM和ABD-900AM。此外，Murray 等[80]也基于前期試驗(yàn)與計算結(jié)果，設(shè)計了適用于增材制造的新型無裂紋Co-Ni 基高溫合金，促進(jìn)了基于增材制造工藝特點(diǎn)的新型高溫合金體系的開發(fā)。

圖12 激光增材制造高溫合金抗開裂策略示意圖[28,33,52,66,77,81]Fig.12 Strategies for eliminating cracks in laser additive manufactured superalloys[28,33,52,66,77,81]

綜上所述，在厘清激光增材制造高溫合金開裂機(jī)理的基礎(chǔ)上，通過成分設(shè)計、工藝優(yōu)化與設(shè)備改進(jìn)，開發(fā)適用于增材制造的專用高溫合金體系，將能夠極大地促進(jìn)增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心部件制造技術(shù)的突破，推動航空航天制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。