掃描政策引起的微觀結構在IN718合金中殘餘應力的研究
引言：IN718是一種廣泛用于航空和能源工業，這是由于其出色的高溫機械穩定性（高達650°C）、良好的疲勞壽命以及在腐蝕或氧化環境中的高抗降解性。
盡管如此，鎳合金也因其較差的可加工性而聞名。與傳統的減法路線相比，增材制造（AM）允許生産3D複雜的近淨形部件，大大減少了加工。
在AM技術中，雷射粉末床熔化（LPBF）包括使用聚焦能量源逐層選擇性熔化粉末床。不幸的是，LPBF的一個重要缺點是形成複雜的殘餘應力（RS）狀态，當連接配接到基闆時，其值在材料的屈服強度範圍内。這種RS狀态是由雷射在加工過程中局部引起的陡峭的空間和時間熱梯度造成的。
RS被定義為在沒有外力的情況下處于平衡的具有均勻溫度的物體中的應力。一般來說，RS是不可取的，尤其是在拉伸的情況下，因為它們會對機械性能産生負面影響，扭曲設計幾何形狀，并導緻開裂或分層。
當樣品與基闆保持連接配接時，最大拉伸值往往出現在樣品頂部（最後添加的層）附近。RS的大小和趨勢已經顯示出根據諸如零件的幾何形狀、材料屬性和加工參數等參數而變化。
生産結構可靠的AM組分需要進一步闡明RS形成過程中涉及的加工和微結構機制。使用同步加速器X射線能量分散衍射（SXEDD）和實驗室角度分散X射線衍射（LXADD）來表征地下/表面RS狀态。使用不同的掃描電子顯微鏡（SEM）技術，特别是電子背散射衍射（EBSD），檢查了微結構對RS形成的影響。
研究所采用的材料和方法
1. 掃描電鏡EBSD分析
LXADD用于證明在去除MS後，研究區域中的RS保持不變。MS1用于分析BD-Y平面，MS2用于分析X-Y平面。金相準備包括用SiC P120、P320、P600和P1200砂紙進行研磨。
MS1樣品需要長達30分鐘的修整，以避免在精确的KAM角圖上出現任何劃痕。配備有來自Bruker的EBSD系統的LEO 1530VP（ZEISS） SEM用于微結構表征。EBSD資料使用ESPRIT 1.94（Bruker Nano）系統獲得的。高倍放大圖中的步長為0.15米，中倍放大圖中的步長為1.2米。
菊池模式比對使用由EBSD系統提供的粗略方向描述，并且随後應用存儲的菊池模式與模拟模式的交叉關聯來提高方向正确性。比對方法的計算時間比擷取EBSD資料的時間長得多，這限制了其系統應用的可能性。
2. SXEDD測量
同步加速器X射線能量色散衍射結果是在BESSY II同步加速器能量色散衍射（EDDI）光束線上獲得的。該光束線以能量分散模式工作，提供10到150 keV能量範圍的白色光束。
在研究了兩種類型的雙向條紋影線政策，表示為Y掃描的掃描政策中，掃描向量平行于Y軸，掃描方向（SD）平行于X方向（對應于樣品的最長尺寸）。
沿Y方向進行條紋陰影，條紋寬度（SW）為樣品寬度（W/2）的一半，在連續層上的偏移量為W/4。在第二種掃描政策中中，掃描向量的方向在每層圍繞建構方向（BD/Z方向）遞增地旋轉67°，同時掃描向量的長度（即條紋寬度）保持與Y掃描的長度相同。
微觀結構表征的樣品是通過從樣品的一端切除約10 mm長的切口制成的，表示為顯微鏡樣品1（MS1）的樣品用于BD-Y平面的分析，而垂直于BD的平面（X-Y平面）使用顯微鏡樣品2（MS2）進行分析。
在該圖中，大多數樹突狀細胞顯示出柱狀結構（微分離顯示為較淺的線條），其傾向于與Z方向（30°取向差）大緻對齊。還觀察到一些鑲嵌結構（微觀偏析呈方形排列）。
結論：使用兩種不同的掃描政策制造的718樣品中LPBF的竣工RS狀态通過X射線衍射進行檢查。使用由菊池模式比對細化的EBSD資料，可以深入了解材料的晶粒結構和KAM。
在Y掃描樣品中觀察到的與空間相關的微結構不均勻性和強織構對微結構和大塊RS表征提出了重大挑戰。為了進一步發展具有強織構的AM材料，需要解決這些挑戰。
由于在建造後熱處理過程中沉澱硬化的材料顯示出對建造後微觀結構的敏感性，是以在設計加工後熱處理時，也應考慮加工引起的位錯含量的可變性。
參考文獻：
[1] Moat,R. J.Pinkerton,A. J.Li,L.Withers,P. J. & Preuss,M.雷射直接金屬沉積殘餘應力.528,2288-2298.(2011).
[2] Kruth, J.-P. Deckers, J. Yasa, E. & Wauthlé, R.使用新的分析方法評估和比較選擇性雷射熔化中殘餘應力的影響因素.226,980-991.(2012).
[3] Liu, Y. Yang, Y. & Wang, D.金屬粉末選區雷射熔化殘餘應力的研究.87.647–656.(2016).
