扫描策略引起的微观结构在IN718合金中残余应力的研究
引言：IN718是一种广泛用于航空和能源工业，这是由于其出色的高温机械稳定性（高达650°C）、良好的疲劳寿命以及在腐蚀或氧化环境中的高抗降解性。
尽管如此，镍合金也因其较差的可加工性而闻名。与传统的减法路线相比，增材制造（AM）允许生产3D复杂的近净形部件，大大减少了加工。
在AM技术中，激光粉末床熔化（LPBF）包括使用聚焦能量源逐层选择性熔化粉末床。不幸的是，LPBF的一个重要缺点是形成复杂的残余应力（RS）状态，当连接到基板时，其值在材料的屈服强度范围内。这种RS状态是由激光在加工过程中局部引起的陡峭的空间和时间热梯度造成的。
RS被定义为在没有外力的情况下处于平衡的具有均匀温度的物体中的应力。一般来说，RS是不可取的，尤其是在拉伸的情况下，因为它们会对机械性能产生负面影响，扭曲设计几何形状，并导致开裂或分层。
当样品与基板保持连接时，最大拉伸值往往出现在样品顶部（最后添加的层）附近。RS的大小和趋势已经显示出根据诸如零件的几何形状、材料属性和加工参数等参数而变化。
生产结构可靠的AM组分需要进一步阐明RS形成过程中涉及的加工和微结构机制。使用同步加速器X射线能量分散衍射（SXEDD）和实验室角度分散X射线衍射（LXADD）来表征地下/表面RS状态。使用不同的扫描电子显微镜（SEM）技术，特别是电子背散射衍射（EBSD），检查了微结构对RS形成的影响。
研究所采用的材料和方法
1. 扫描电镜EBSD分析
LXADD用于证实在去除MS后，研究区域中的RS保持不变。MS1用于分析BD-Y平面，MS2用于分析X-Y平面。金相准备包括用SiC P120、P320、P600和P1200砂纸进行研磨。
MS1样品需要长达30分钟的修整，以避免在精确的KAM角图上出现任何划痕。配备有来自Bruker的EBSD系统的LEO 1530VP（ZEISS） SEM用于微结构表征。EBSD数据使用ESPRIT 1.94（Bruker Nano）系统获得的。高倍放大图中的步长为0.15米，中倍放大图中的步长为1.2米。
菊池模式匹配使用由EBSD系统提供的粗略方向描述，并且随后应用存储的菊池模式与模拟模式的交叉关联来提高方向正确性。匹配方法的计算时间比获取EBSD数据的时间长得多，这限制了其系统应用的可能性。
2. SXEDD测量
同步加速器X射线能量色散衍射结果是在BESSY II同步加速器能量色散衍射（EDDI）光束线上获得的。该光束线以能量分散模式工作，提供10到150 keV能量范围的白色光束。
在研究了两种类型的双向条纹影线策略，表示为Y扫描的扫描策略中，扫描向量平行于Y轴，扫描方向（SD）平行于X方向（对应于样品的最长尺寸）。
沿Y方向进行条纹阴影，条纹宽度（SW）为样品宽度（W/2）的一半，在连续层上的偏移量为W/4。在第二种扫描策略中中，扫描向量的方向在每层围绕构建方向（BD/Z方向）递增地旋转67°，同时扫描向量的长度（即条纹宽度）保持与Y扫描的长度相同。
微观结构表征的样品是通过从样品的一端切除约10 mm长的切口制成的，表示为显微镜样品1（MS1）的样品用于BD-Y平面的分析，而垂直于BD的平面（X-Y平面）使用显微镜样品2（MS2）进行分析。
在该图中，大多数树突状细胞显示出柱状结构（微分离显示为较浅的线条），其倾向于与Z方向（30°取向差）大致对齐。还观察到一些镶嵌结构（微观偏析呈方形排列）。
结论：使用两种不同的扫描策略制造的718样品中LPBF的竣工RS状态通过X射线衍射进行检查。使用由菊池模式匹配细化的EBSD数据，可以深入了解材料的晶粒结构和KAM。
在Y扫描样品中观察到的与空间相关的微结构不均匀性和强织构对微结构和大块RS表征提出了重大挑战。为了进一步发展具有强织构的AM材料，需要解决这些挑战。
由于在建造后热处理过程中沉淀硬化的材料显示出对建造后微观结构的敏感性，因此在设计加工后热处理时，也应考虑加工引起的位错含量的可变性。
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