作者

陈楠，甘科夫*，郑聃，牛朋达，彭浩平*，袁铁锤，李瑞迪*

机构

中南大学，南洋理工大学，常州大学

Citation

Chen N, Gan K F, Zheng D, Niu P D, Peng H P, Yuan T C, Li R D. 2026. Achieving exceptional strength-ductility synergy in additively manufactured Hastelloy X superalloys by stabilizing cellular structures via Ta addition. Int. J. Extrem. Manuf. 8 025006.

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https://doi.org/10.1088/2631-7990/ae22de

撰稿 | 文章作者

1.文章导读

激光增材制造Hastelloy X镍基高温合金在航空航天热端部件领域具有显著的应用前景，但室温与高温力学性能不足仍是制约其广泛应用的关键瓶颈。中南大学李瑞迪教授与甘科夫副教授在SCI期刊《极端制造（英文）》（International Journal of Extreme Manufacturing, IJEM）上发表了“Achieving exceptional strength-ductility synergy in additively manufactured Hastelloy X superalloys by stabilizing cellular structures via Ta addition”的研究性论文。该论文提出了一种新的钽合金化策略来稳定激光增材制造Hastelloy X镍基高温合金中的胞结构，从而在较宽的温度范围内获得强度和延展性之间的出色匹配。

2.图文解析

本研究的创新之处在于通过钽合金化策略来稳定激光增材制造Hastelloy X镍基高温合金中的胞结构，解决了在室温和高温下增材制造的Hastelloy X高温合金面临的机械性能不足的重大挑战。

图1 激光增材制造Hastelloy X镍基高温合金原料与工艺。

研究团队通过在Hastelloy X镍基高温合金粉末中添加不同含量的纯Ta粉末，采用激光增材制造技术成形不同Ta含量镍基高温合金；发现随着Ta含量的增加，合金中胞结构的形态发生转变，由原始的位错缠结胞转变为元素偏析胞，胞结构的平均尺寸也不断减小，如图2所示。

图2 不同Ta含量合金样品显微组织演化。

随着Ta含量的增加，合金室温与高温抗拉强度不断提升。其中，Ta含量为7.5 wt.%时，合金的室温抗拉强度和断后伸长率分别达到1214 MPa和28.4%，较原始打印态Hastelloy X合金分别提高了47%和10%。另外，在合金在650℃下的拉伸强度和断后伸长率分别显著提高到843 MPa和26.8%。与现有文献报道的激光增材制造Hastelloy X合金的力学性能相比，该合金试样具有更加优异的强度-塑性协同性。

图3 Ta元素添加对激光增材制造Hastelloy X镍基高温合金室温与高温力学性能的影响。

根据室温与高温变形微观结构表征（图4和图5），揭示了合金在室温与高温下的强韧化机制（图6）。合金中Ta的添加形成的胞界Ta/Mo局部偏析和沿胞界原位析出MC碳化物沉淀协同作用增强了胞结构的稳定性，稳定的胞结构在室温与高温变形过程中充当连续的骨架网络，促进了合金强度-塑性的协同提升。

图4 Ta元素添加对激光增材制造Hastelloy X合金室温变形组织影响。

图5 Ta元素添加对激光增材制造Hastelloy X合金高温变形组织影响。

图6 Ta元素添加对激光增材制造Hastelloy X合金室温与高温强韧化机制影响示意图。

3.总结与展望

本研究提出了一种简单而有效的Ta合金化策略，以提高激光增材制造Hastelloy X镍基高温合金的成形质量与力学性能；为宽温度范围内具有优异强度-塑性协同的激光增材制造镍基高温合金成分设计提供了新的见解。

4.作者团队及介绍

李瑞迪，中南大学

李瑞迪，中南大学教授，博士生导师，国家重大人才工程特聘教授，国家重点研发计划首席。主要研究方向：高性能结构件的激光增材制造/热压烧结技术。以第一/通讯作者在Advanced Materials, Acta Materialia, Scripta Materialia, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Additive Manufacturing, Journal of Materials Science and Technology等期刊发表SCI论文80余篇。获湖南省自然科学二等奖（排1），中国有色金属工业科学技术一等奖（排1）。

甘科夫，中南大学

甘科夫，中南大学副教授。研究方向包括：（1）金属材料的多尺度力学。（2）面向极端服役条件的先进合金的设计、制造及其结构-功能一体化研究。以第一或通讯作者在Acta Materialia，Advanced Materials，International Journal of Plasticity，Journal of the Mechanics and Physics of Solids等材料、力学知名期刊发表学术论文40余篇，授权专利10余项。近年主持国家自然科学基金青年/面上项目及重点项目子课题，湖南省自然科学基金，企业技术开发重大课题多项，参与国家重点研发专项等。担任Materials Futures、《粉末冶金工业》期刊青年编委。

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