根据之前的结果 ， 可以得出结论 ， 热裂纹的发生需要（a）孔隙作为裂纹成核源 ， 和（b）具有低固相线温度以促进裂纹扩展的液膜（当前材料中的b富集薄膜） 。 因此 ， 通过调整工艺参数来减少小孔的数量密度似乎也是一种解决方案 。 然而 ， 这种工艺修改通常需要降低激光功率 ， 这将直接转化为生产率的降低和微结构（晶粒）尺寸的减小 。
对于工业上重要的材料 ， 如IN738LC ， 这些可预见的结果将导致更长的生产和热处理时间 ， 然后零件才能采用所需的形状和微观结构 ， 以满足苛刻的高温工作环境 。 因此 ， 更好的策略是通过考虑所有相关元素的竞争分配性质来消除具有低固相线温度的液膜 。 在凝固过程中 ， 分配系数低于1的所有元素将在枝晶间区域富集 。
根据上述热力学计算 ， 除了直接改变合金的整体成分外 ， 控制碳化物数密度是控制和减少热裂的另一种途径 。 这是因为目前的合金体系有一个独特的特征 ， 即B在基体-碳化物界面处被困住 ， 如图6d所示 。 通过(1)采用较低的激光输入功率(比0.11Si样品低75 W)和(2)引入更多的C(比0.11Si样品高0.12 wt.%)来进行额外的加工 。 75w和0.12 wt.%值的选择主要是为了证明所提出的裂纹缓解方法的有效性 ， 它们不是完全消除裂纹的唯一/固定数值 。 两种方法都能成功地减少热裂 ， 如图8a-c所示 。
尽管这两种方法有明显的不同 ， 但它们本质上是基于相同的原理 ， 即生成更多的碳化物 。 通过使用较低的热输入 ， 将产生较小的熔池和较高的热梯度最终的显微组织细化导致了更多的枝晶间区域和更多的枝晶间碳化物 ， 见图8d 。 当石墨被添加到原料粉末 ， 更多的碳化物也形成 ， 见图8f 。 随着碳化物的加入 ， 更多的B滞留在基体碳化物界面 ， 从而消除了有利于热裂纹扩展的富B液膜 。 此外 ， 与原始的0.11Si样品相比 ， 碳化物数密度的增加似乎减小了孔隙大小 ， 并将更多的孔隙引到MC碳化物中(图8d-f中的绿色圆圈) 。
图8 通过对0.11Si合金进行工艺优化和成分修改 ， 使热裂纹最小化 。
为了揭示不同激光功率输入引起的不同溶质俘获效应 ， 在图8a中对110W构建样品进一步进行了APT测量 。 与之前用185 W激光输入的制备不同 ， 在树枝状区域观察到了纳米大小的Ti团簇(图9a) 。 此外 ， 在靠近枝晶间区域 ， 还发现了一种不同类型的碳化物 ， 与之前确定的MC碳化物相比 ， 它具有较高的Ti但较低的C含量(图9b) 。 在枝晶间区域 ， 又发现了常见的MC型碳化物(图9c) 。
图9 采用110 W低功率激光输入制备的0.11Si合金的APT测量结果 。
与现有方法不同 ， 以往关于热裂的研究主要集中在HAGB区域 。 为了比较枝晶间和HAGB区域的化学分布差异 ， 对0.11Si和0.03Si样品的HAGB进行了APT测量 。 在两种材料的HAGB中都发现了碳化物 。 在0.03Si合金中 ， HAGB碳化物的组成和尺寸与枝晶间碳化物几乎相同(图5) 。 相比之下 ， 在0.11Si合金中 ， HAGB碳化物的Ti和C浓度较低 ， Mo含量较高 。 尺寸也小得多(约40纳米 ， 而枝晶间碳化物的尺寸约80纳米) 。 我们认为B在0.11Si材料中的过度偏析有效地限制了碳化物的生长 。 此外 ， 011Si和0.03Si样品的HAGB区均含有一层薄的B偏析层 。 尽管它存在于0.03Si材料的HAGBs中 ， 但在材料内部未发现裂纹 。 这种行为有两个可能的原因 。 (I)该B层是在凝固过程结束后通过固态扩散形成的 ， 原因是HAGB处缺陷密度较高 。 (II) 0.03Si HAGB处较粗的碳化物吸收了H、O等所有的气孔形成元素 ， 没有有效的起裂部位(气孔) 。 需要进一步的研究来确定确切的形成机制 ， 但单靠HAGB化学信息不能对减少当前材料中的热裂提供结论性的解释/见解 。
总之 ， 这项工作为评估和定量计算合金的热裂纹倾向提供了热力学解释 。 使用AM制造的超合金IN738LC作为模型材料演示了该方法 。 研究发现 ， 热裂纹的发生需要两个必要条件共同作用 ， 即可用气孔作为裂纹成核点 ， 以及存在低固相线温度的薄液膜以促进裂纹扩展 。 虽然在当前的工业加工设置下难以避免气孔 ， 但建议通过合金设计消除薄液膜是更好的解决方案 。 在当前合金中 ， 我们发现在凝固后形成的枝晶间区域中的B富集薄膜显著降低了局部固相线温度 。 然而 ， 由于B对高温合金高温蠕变性能的重要性 ， 从材料中去除B是不可行的 。 在使用精确化学分配信息的热力学模拟的指导下 ， 提出并验证了几种可能的裂纹缓解策略 。 我们认为 ， 目前的方法不仅有助于防止镍基高温合金的热裂纹问题 ， 而且还可以作为AM和固化用无热裂纹材料设计的更通用的理论平台 。
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