重大突破！重庆大学团队优化GH4099高温合金3D打印工艺，性能大幅提升

重大突破！重庆大学团队优化GH4099高温合金3D打印工艺，性能大幅提升

GH4099高温合金是一种重要的航空发动机材料，其性能直接影响到发动机的可靠性和使用寿命。重庆大学唐倩教授团队在该领域的最新研究成果，不仅优化了激光粉末床熔合（LPBF）增材制造工艺，还揭示了热处理对合金微观结构和力学性能的影响机制，为该材料在航空航天领域的应用提供了重要参考。

近日，重庆大学先进装备机械传动国家重点实验室的唐倩教授和李坤教授团队在期刊《Additive Manufacturing Frontiers》上发表了一篇重要论文，题为“Laser Powder Bed Fusion of GH4099 Superalloy: Parameter Optimization and Effect of Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties”。研究团队对GH4099高温合金的激光粉末床熔合（LPBF）增材制造工艺进行了优化，并系统研究了热处理对微观组织和力学性能的影响。

图1. (a) LPBF制备的GH4099合金SEM图像；(b) GH4099合金粉末粒径分布

研究发现，通过响应面法（RSM）优化工艺参数，最终获得的试样密度达到8.354 g/cm3。优化后的工艺参数组合为：激光功率317W，扫描速度900mm/s，扫描间距0.08mm。沉积态的GH4099合金主要由外延生长的柱状晶组成，其等效直径约为6.8μm，基体主要为γ相和M23C6碳化物，未生成γ′相。

图2. 工艺优化过程及样品制备：(a) 单因素工艺探索；(b) RSM密度优化；(c) LPBF样品制备；(d) 两种拉伸样品加工

固溶处理后，合金发生再结晶和晶粒长大，形成形状不规则的大多边形柱状晶体。时效过程中析出大量γ′相，其内部以等轴晶和柱状晶的混合形式存在。研究表明，时效处理后的合金硬度最高可达440HV，室温抗拉强度达到1137.80 MPa，800℃高温抗拉强度约为780 MPa。

研究还发现，沉积态的晶粒尺寸较小，晶界长度较大，晶界强化作用最为显著。而时效处理后的主要强化机制是γ′相的析出强化。与IN718/IN625等常见高温合金相比，LPBF制备的GH4099合金在硬度、常温拉伸强度以及高温拉伸强度方面表现出优异的性能。

这项研究为GH4099高温合金在航空航天领域的应用提供了重要的理论基础和实践指导，有望推动我国航空发动机材料技术的发展。

参考文献：
Laser Powder Bed Fusion of GH4099 Superalloy: Parameter Optimization and Effect of Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties. Additive Manufacturing Frontiers, 2024, 200133. https://doi.org/10.1016/j.amf.2024.200133