718Plus高温合金是一种析出强化型镍基高温合金镍基高温合金，是 650℃以下强度最高的高温合金之一，也是目前在工程实际应用中使用最为广泛的变形高温合金，其在704 ℃下仍能保持优异的力学性能和抗氧化性能，因此被广泛用于航空发动机关键部件。近年来，随着近净成形的增材制造技术快速发展，为众多复杂形状构件的制备提供了新的解决方案。

但有研究人员发现，采用激光定向能量沉积（LDED）方法制备718Plus时，往往会出现粗大柱状晶和Laves脆性相富集、织构严重等缺陷。正因如此，LDED-718Plus表现出明显的脆性，在室温下，其断裂延伸率仅为3.5%，这样的塑性在大部分的工程应用中都是不可接受的，引入高密度孪晶是一种公认的可用于改善塑性的方法，一般而言，引入孪晶可以通过严重塑性变形或热处理完成，但碍于增材制造的近净成形特性，前一种方法的可行性较低，传统热处理方法又难以引入高密度孪晶达到显著改善的效果。

近日，《Journal of Materials Science & Technology》在线发表了题为“Electropulsing-induced high-density annealing twins: a novel strategy to enhance ductility in additively manufactured 718Plus alloy”的研究型论文，通讯作者为中科院金属所的刘纪德和李金国研究员。在该论文中，团队通过创新性的后处理工艺调控孪晶结构来优化力学性能，成功实现了LDED-718Plus合金从“脆性高强”向“韧性高强”的突破。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.07.041      

【核心内容】

团队采用电脉冲处理（EPT）作为LDED-718Plus合金的后处理手段，并系统研究了EPT处理前后合金的微观组织与力学性能的变化规律，揭示了EPT促使高密度退火孪晶形成的机制，团队提出的该方法为增材制造工艺制备的镍基高温合金的优化提供了一条能够快速改善材料性能，突破传统强度-塑性权衡矛盾的新途径。

【研究方法】

团队采用等离子体旋转电极法制备718Plus合金粉末，选取粒径在50~105 μm之间的粉末作为原料，在进行LDED工艺前，将合金粉末在150 ℃真空烘箱中干燥2h，用砂纸打磨基材表面，然后用丙酮清洗，整个LDED工艺过程是在高纯氩气保护环境下进行的。在EPT时使用红外测温仪实时测量样品的温度，为了突出EPT的有效性，以1150 ℃保温60 min制备常规热处理样品（CHT）。随后团队通过EBSD、TEM和拉伸实验等表征手段，系统揭示了合金微观结构演化及力学性能提升机制。

EPT实验流程示意

【研究成果】

① 显微组织显著优化

LDED态样品存在大量长链状Laves相（体积分数9.42%）及粗大柱状晶（平均晶粒尺寸164.8 μm）。经EPT后，Laves相几乎完全溶解（体积分数降至0.12%），并转变为细小等轴晶，平均晶粒尺寸缩小至57.2 μm，孪晶界比例高达56.5%，远高于常规热处理样品（19.1%）。

AD与EPT样品的显微组织、晶粒分布和孪晶界特征

EBSD与XRD定量分析

AD样品Laves相与 EPT样品高密度退火孪晶

② 力学性能实现“脆-韧转变”

与AD试样相比，EPT试样的塑性显著提高，从3.5%大幅提高到了59.5%，同时保持较高的强度，断裂方式由脆性断裂向韧性断裂转变。

AD和EPT试样的拉伸性能

AD和EPT试样的拉伸断口

拉伸断口附近的EBSD结果

③ 强-塑协同的变形机制

EPT样品中的高密度退火孪晶在塑性变形中发挥了关键作用：孪晶界与位错相互作用，阻碍滑移并引发位错塞积；增强应变硬化，激活多重滑移系，缓解局部应力集中；与层错、变形孪晶及Lomer-Cottrell锁协同作用，显著提升塑性。

位错-孪晶界相互作用

层错、L-C锁与孪晶界相互作用

AD和EPT试样在拉伸加载过程中的变形机理示意图

【总结与展望】

研究提出了一种创新的方法，采用EPT作为LDED制造的718 Plus合金的后处理工艺，为提高合金性能开辟了一条新的途径，并对高密度退火孪晶的微观组织、力学性能和变形机理进行了深入分析，成功揭示了高密度退火孪晶的形成机理。