導(dǎo)讀：本文通過在氬氣保護(hù)下的分段退火，跟蹤了激光選取熔化（SLM）Inconel 718在不同溫度下的原位結(jié)構(gòu)變化。對于不同溫度下的晶界遷移速率和再結(jié)晶機制地觀察和統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力誘導(dǎo)晶界遷移主導(dǎo)了此合金的再結(jié)晶，并且發(fā)現(xiàn)反常晶粒生長歸功于高的晶界遷移速率和非均勻結(jié)構(gòu)，使晶界快速的消耗高應(yīng)變區(qū)域最終導(dǎo)致了反常生長晶粒。此外，本文對于不同溫度下的再結(jié)晶模式和晶界遷移速率進(jìn)行了詳細(xì)地討論。

對于激光選取熔化方法制備的金屬，再結(jié)晶退火經(jīng)常用來弱化織構(gòu)，減小晶粒尺寸，消除殘余應(yīng)力和沉淀強化相。然而，反常晶粒長大經(jīng)常觀測到。特別是FCC金屬，比如Inconel 718， Inconel 719，Co-Cr合金，和不銹鋼等， 再結(jié)晶溫度往往大于1000℃，并且大尺寸的基體晶粒和退火孿晶經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)。但是， FCC金屬在如此高溫下的反常晶粒長大現(xiàn)象的機理仍然不清楚。

實際上，在如此高溫下的大面積的原位結(jié)構(gòu)演化觀測非常困難，于是南洋理工大學(xué)大學(xué)研究人員巧妙地利用氬氣的保護(hù)來追蹤SLM Inconel 718合金在不同溫度下的結(jié)構(gòu)變化。其工作發(fā)現(xiàn)，SLM Inconel 718合金在1150和1075℃下的再結(jié)晶由strain-induced boundary migration（SIBM，應(yīng)力誘導(dǎo)晶界遷移）來主導(dǎo)，在1150℃，由于晶界移動性的增加和沉淀相粗化導(dǎo)致的Zener pinning作用減少，晶界的遷移速率會加快，從而快速地吞并掉高應(yīng)力區(qū)域，最終導(dǎo)致了晶粒的反常生長。相反，在1075℃，由于低晶界移動性和高的Zener pinning作用，晶界的遷移速率比較慢，以至于應(yīng)力誘導(dǎo)晶界遷移在大量的晶界處出現(xiàn)，并且新形成的再結(jié)晶晶粒會相對均勻的生長，最終導(dǎo)致了細(xì)晶粒的出現(xiàn)。其研究所用的方法可用來研究其他SLM制備FCC合金。

相關(guān)研究成果以題“Fine grains within narrow temperature range by tuning strain-induced boundary migration dominated recrystallization for selective laser melted Inconel 718”發(fā)表在著名期刊Scripta Materialia上。

鏈接：https://reader.elsevier.com.remotexs.ntu.edu.sg/reader/sd/pii/S1359646222003785

圖1.（a-b）as-built結(jié)構(gòu)，（c-j）不同溫度下加熱6h的結(jié)構(gòu).

通過研究不同溫度下的在結(jié)晶結(jié)構(gòu)，一個狹窄的溫度區(qū)間被發(fā)現(xiàn)可以得到弱織構(gòu)的細(xì)再結(jié)晶晶粒，如果加熱溫度高于這個區(qū)間，反常晶粒長大將發(fā)生。為了弄清楚不同的晶界遷移機制，1150和1075℃下的再結(jié)晶過程被追蹤。

圖2. 在1150℃加熱時的結(jié)構(gòu)變化。

圖3. 在1075℃加熱時的（a, c, e , g）再結(jié)晶晶粒和（b, d, f, h）SIBM晶粒變化：2h （a和b），1h（c和d），1.5h（c和d）以及2.5h（c和d）。

圖4. SIBM晶粒在1075℃形核時的形貌。

經(jīng)過統(tǒng)計分析，在1075和1150℃，SIBM主導(dǎo)了再結(jié)晶。但是在1075℃再結(jié)晶，會有更多的SIBM晶粒出現(xiàn)，并且SIBM會在同一晶粒的不同晶界處激活。特征區(qū)域選取進(jìn)行分析：圖5-6：

圖5.兩個大尺寸TRD（twin-related domain）在1150℃的形成過程。

圖6. 兩個小尺寸TRD在1075℃的進(jìn)化過程。

通過觀測，SIBM晶粒可以同時被起源于自身的TRD和其他再結(jié)晶晶粒消耗掉。經(jīng)統(tǒng)計，在退火初期，晶界遷移速率在1075℃比在1150℃低一個數(shù)量級。并且在1150℃的反常晶粒長大是由晶界快速吞并高應(yīng)變區(qū)域形成的。晶界的快速移動可歸功于晶界移動性的提高和Zener pinning作用的下降，特別的NbC沉淀相的粗化。此外，SIBM主導(dǎo)的再結(jié)晶不同于傳統(tǒng)熱機器加工或者GBE導(dǎo)致的primary recrystallization， 因此與SLM合金的熱處理和再結(jié)晶相關(guān)研究需要考慮到SIBM的作用。本研究用到的方法可以用來研究其他SLM合金在高溫下的活動，比如再結(jié)晶、沉淀相析出和相轉(zhuǎn)變。