718Plus高溫合金是一種析出強化型鎳基高溫合金鎳基高溫合金，是 650℃以下強度最高的高溫合金之一，也是目前在工程實際應用中使用最為廣泛的變形高溫合金，其在704 ℃下仍能保持優異的力學性能和抗氧化性能，因此被廣泛用于航空發動機關鍵部件。近年來，隨著近凈成形的增材制造技術快速發展，為眾多復雜形狀構件的制備提供了新的解決方案。

但有研究人員發現，采用激光定向能量沉積（LDED）方法制備718Plus時，往往會出現粗大柱狀晶和Laves脆性相富集、織構嚴重等缺陷。正因如此，LDED-718Plus表現出明顯的脆性，在室溫下，其斷裂延伸率僅為3.5%，這樣的塑性在大部分的工程應用中都是不可接受的，引入高密度孿晶是一種公認的可用于改善塑性的方法，一般而言，引入孿晶可以通過嚴重塑性變形或熱處理完成，但礙于增材制造的近凈成形特性，前一種方法的可行性較低，傳統熱處理方法又難以引入高密度孿晶達到顯著改善的效果。

近日，《Journal of Materials Science & Technology》在線發表了題為“Electropulsing-induced high-density annealing twins: a novel strategy to enhance ductility in additively manufactured 718Plus alloy”的研究型論文，通訊作者為中科院金屬所的劉紀德和李金國研究員。在該論文中，團隊通過創新性的后處理工藝調控孿晶結構來優化力學性能，成功實現了LDED-718Plus合金從“脆性高強”向“韌性高強”的突破。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.07.041      

【核心內容】

團隊采用電脈沖處理（EPT）作為LDED-718Plus合金的后處理手段，并系統研究了EPT處理前后合金的微觀組織與力學性能的變化規律，揭示了EPT促使高密度退火孿晶形成的機制，團隊提出的該方法為增材制造工藝制備的鎳基高溫合金的優化提供了一條能夠快速改善材料性能，突破傳統強度-塑性權衡矛盾的新途徑。

【研究方法】

團隊采用等離子體旋轉電極法制備718Plus合金粉末，選取粒徑在50~105 μm之間的粉末作為原料，在進行LDED工藝前，將合金粉末在150 ℃真空烘箱中干燥2h，用砂紙打磨基材表面，然后用丙酮清洗，整個LDED工藝過程是在高純氬氣保護環境下進行的。在EPT時使用紅外測溫儀實時測量樣品的溫度，為了突出EPT的有效性，以1150 ℃保溫60 min制備常規熱處理樣品（CHT）。隨后團隊通過EBSD、TEM和拉伸實驗等表征手段，系統揭示了合金微觀結構演化及力學性能提升機制。

EPT實驗流程示意

【研究成果】

① 顯微組織顯著優化

LDED態樣品存在大量長鏈狀Laves相（體積分數9.42%）及粗大柱狀晶（平均晶粒尺寸164.8 μm）。經EPT后，Laves相幾乎完全溶解（體積分數降至0.12%），并轉變為細小等軸晶，平均晶粒尺寸縮小至57.2 μm，孿晶界比例高達56.5%，遠高于常規熱處理樣品（19.1%）。

AD與EPT樣品的顯微組織、晶粒分布和孿晶界特征

EBSD與XRD定量分析

AD樣品Laves相與 EPT樣品高密度退火孿晶

② 力學性能實現“脆-韌轉變”

與AD試樣相比，EPT試樣的塑性顯著提高，從3.5%大幅提高到了59.5%，同時保持較高的強度，斷裂方式由脆性斷裂向韌性斷裂轉變。

AD和EPT試樣的拉伸性能

AD和EPT試樣的拉伸斷口

拉伸斷口附近的EBSD結果

③ 強-塑協同的變形機制

EPT樣品中的高密度退火孿晶在塑性變形中發揮了關鍵作用：孿晶界與位錯相互作用，阻礙滑移并引發位錯塞積；增強應變硬化，激活多重滑移系，緩解局部應力集中；與層錯、變形孿晶及Lomer-Cottrell鎖協同作用，顯著提升塑性。

位錯-孿晶界相互作用

層錯、L-C鎖與孿晶界相互作用

AD和EPT試樣在拉伸加載過程中的變形機理示意圖

【總結與展望】

研究提出了一種創新的方法，采用EPT作為LDED制造的718 Plus合金的后處理工藝，為提高合金性能開辟了一條新的途徑，并對高密度退火孿晶的微觀組織、力學性能和變形機理進行了深入分析，成功揭示了高密度退火孿晶的形成機理。