一般来说，3D打印-增材制造零件的机械强度取决于密度和微观结构。与通过传统路线（例如铸造）生产的零件相比，AM-增材制造生产的零件具有更精细的微观结构，其机械性能优于同类产品。到目前为止，AM HEAs高熵合金的力学性能已经从硬度、拉伸和压缩测试等方面进行了研究，通过HIP热等静压、固溶处理和时效等后处理可以通过消除现有的冶金缺陷和增材制造金属材料中的残余应力。
谷.专栏将结合发表在《Materials&Design》上的论文《Additive manufactured high entropy alloys: A review of the microstructure and properties》这篇论文深度剖析增材制造 HEA 的微观结构，上期内容涵盖了硬度、拉伸性能等机械性能介绍，本期内容将涵盖抗压强度、拉伸性能、疲劳性能、蠕变行为等相关的机械性能研究。
3D打印HEA合金
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白皮书
抗压强度
有实验观察到LMD激光熔覆3D打印制造的AlxCoCrFeNi HEA高熵合金的抗压强度随着铝浓度的增加而增加，但以降低延展性为代价。Al0.3CoCrFeNi 样品显示出高且持续的 WHR 率，直到压缩试验在 1.0 的应变下停止，强度超过 1300 MPa。
SLM选区激光熔融金属3D打印的CoCrFeMnNi HEA高熵合金中报告了 由于每个加载轴的晶粒尺寸和泰勒因子的差异影响孪晶临界应力。对于沿扫描加载轴和横向方向的压缩试验，沿构建方向的平面上的变形由位错滑移调节，而在垂直于构建方向的平面上发生变形孪晶。
在具有不同W含量的LMD激光熔覆3D打印制造的 MoNbTaW HEA 高熵合金中，发现 MoNbTa (W = 0) 合金的屈服强度、抗压强度和延伸率分别为 874 MPa、1140 MPa 和 5.8%。据报道，与真空电弧熔化的 MoNbTaW HEA 相比，LMD激光熔覆3D打印制造的HEA高熵合金的压缩应变提高了 1.5%，这表明 MoNbTa 在室温下具有可观的机械加工性。
最近，通过 LMD 技术制造了具有交替 AlCoCrFeNiTi 和 CoCrFeMnNi 层的 AlCoCrFeNiTi/CoCrFeMnNi 层压 HEA高熵合金。研究发现这种层压 HEA高熵合金与整体块状 HEA高熵合金相比，表现出增强的强度和塑性协同作用，屈服强度高达 990 MPa，直到没有完全断裂80%的应变，展示了一种通过3D打印-增材制造技术制造具有卓越机械性能的 HEA 的可行且灵活的方法。
低温和高温特性
一些研究人员还强调了增材制造 HEA 的低温和高温机械性能，其中 CoCrFeMnNi HEA高熵合金是研究最多的一种。
科研人员在 -196 °C 下对LMD激光熔覆3D打印制造的 CoCrFeMnNi 进行了拉伸试验，以研究低温下的性能。随着温度从 25 °C 降低到 -196 °C，屈服强度和延展性都得到了提高。EBSD 和 X 射线衍射 (XRD) 分析揭示了由大的初始位错密度和位错运动组成的主要变形机制。
此外，低温变形条件下大应变水平下的变形诱导孪晶在提高 HEA高熵合金的强度和延展性方面发挥了重要作用。随着测试温度从 20 °C 降低到 -196 °C，屈服强度、抗拉强度和伸长率分别从 290 MPa、535 MPa 和 55% 提高到 402 MPa、878 MPa 和 95%。
总体而言，增材制造的 CoCrFeMnNi HEAs 在低温下的性能明显优于室温和高温下的性能，这归因于在低温下激活了多种变形和强化机制。
在低温和高温特性方面，其他AM增材制造技术生产的 HEA高熵合金也取得了一些有希望的结果。例如，在 LMD 激光熔覆3D打印制造的 Co10Cr10Fe49.5Mn30C0.5 间隙 HEA高熵合金中，在 -40 °C 和 -130 °C 下分别获得了 1041 MPa 和 1267 MPa 的优异拉伸强度。与室温下的拉伸样品相比，其中孪晶和转变诱导的塑性都被激活，在低温下测试的样品中几乎没有检测到孪晶。相反，观察到更高比例的应变诱导的 HCP 相变。
其他研究还包括LMD 沉积的 MoNbTaW HEA高熵合金的高温压缩性能，发现无 W 的 MoNbTa 合金在 1000 °C 下表现出优异的屈服强度、抗压强度和伸长率等力学性能，值为 530 MPa , 684 MPa 和 8.5%, 分别反映了比传统耐火合金更好的性能, 在航空航天工业中呈现出潜在的应用。
疲劳特性
深入了解工程材料的疲劳行为对于结构应用至关重要，因为发现疲劳特性是造成机械和结构系统中大多数灾难性故障的原因。
科研人员通过不同的扫描策略研究了 SLM选区激光熔融金属3D打印的 CoCrFeMnNi HEA高熵合金的循环塑性和疲劳损伤，可以观察到在前五个循环中所有样品都显示出短暂的循环硬化，随后出现循环软化行为。
在疲劳裂纹扩展方面，扫描策略似乎对3D打印的HEA高熵合金样品的塑性变形行为有显着影响，但对疲劳寿命影响不大。然而，表面状况似乎对疲劳性能有显着影响，因为机加工样品的疲劳寿命提高了约 20%。这归因于3D打印后的HEA高熵合金的亚表面关键孔孔隙率的去除，这延迟了疲劳裂纹的产生。微观结构分析表明，位错滑移是3D打印CoCrFeMnNi HEA高熵合金循环塑性的单一主导机制，这与单调加载下的塑性变形不同，其中位错滑移和变形孪晶机制均被确定。
另有研究在 SLM选区激光熔融3D打印技术制造的 CoCrFeMnNi HEA高熵合金的高周疲劳测试中检测到变形孪晶的形成，其与独特的微观结构一起导致比均质HEA高熵合金更高的抗疲劳性。
蠕变行为
据报道，由于原子扩散缓慢和晶格畸变大，HEA高熵合金具有良好的抗蠕变性。然而，增材制造的HEA高熵合金的蠕变特性可能不同于通过传统方法制造的HEA，因为AM增材制造工艺通常会导致高位错密度和更小的晶粒尺寸。
科研人员研究了 SLM选区熔融金属3D打印的 CoCrFeMnNi HEA高熵合金的高温压缩蠕变行为，结果显示在 600°C 时具有优异的抗蠕变性，低应力区域和高应力区域的应力指数 n 分别为 3.45 和 6.45，表明不同这两个区域的蠕变机制分别为粘性滑移和位错爬升。
另有研究还发现热处理可以消除纳米级蠕变各向异性，但会降低蠕变阻力；然而，原因仍不清楚，仍需进一步研究。
后处理效果
后处理在消除各种冶金缺陷以及释放 AM增材制造制造的 HEA高熵合金中的残余应力方面起着重要作用，这对改善机械性能具有显着影响。
科研人员研究了退火温度对 SLM选区激光熔融3D打印技术构建的 CoCrFeNi HEA高熵合金机械性能的影响。由于残余应力的降低（< 900 °C）和孪晶和位错网络的形成（> 1100 °C），在从 500 °C 到 1300 °C 的整个退火温度范围内，观察到拉伸强度几乎没有变化。然而，随着退火温度的升高，延展性显着增加，屈服强度和硬度降低。
另有研究发现高温退火导致在SLM选区激光熔融3D打印技术制造的 AlCoCrFeNi HEA高熵合金的某些成分中形成 σ 相，这与固溶强化相结合，可以很好地平衡热处理样品的硬度和强度。
对于 LMD激光熔覆3D打印制造的 AlCoCrFeNi，研究发现时效导致软 FCC 相的形成，从而降低抗压强度并提高延展性。
除了 800 °C 和 1000 °C 时效试样外，观察到典型的解理断裂，由于 B2 晶粒中存在 FCC 析出物，其表现出解理和准解理断裂的组合。在适当的冷却速度下，HIP热等静压后处理技术可用于改善 FCC HEA高熵合金的力学性能，但由于硬质析出物沿 BCC 晶界粗化，导致双相 AlxCoCrFeNi HEA 的拉伸性能下降，导致脆性断裂。
有研究发现在HIP热等静压后处理后，在CoCrFeMnNi高熵合金中观察到的 Mn 偏析消失了，导致致密化和拉伸强度提高，但伸长率降低。
另有研究在EBM电子束3D打印制造的 CoCrFeNiTi 基 HEA高熵合金上使用不同的冷却速率（水淬和风冷）进行处理。结果可以观察到拉伸性能（强度和伸长率）得到改善，特别是在应用水淬时，这是由于精细有序颗粒与 Ni 和Ti 富集。结果表明，热处理样品的屈服强度与有序颗粒的体积分数和半径乘积的平方根成正比。
对于LMD激光熔覆沉积的CoCrFeMnNi高熵合金，由于晶粒粗化，在高温热处理后显微硬度降低。结果表明，主要由位错在高温下滑动和攀爬引起的拉伸残余应力的松弛有利于提高拉伸强度和延展性。
在 SLM选区激光熔融3D打印制造的 AlCoCuFeNi和 AlCrFe2Ni2 HEA 高熵合金中也观察到显微硬度降低。然而，由于 BCC 和 FCC 相的有效结合，1000 °C 热处理样品的断裂强度和塑性应变分别为 1600 MPa 和 13.1%，因此 AlCoCuFeNi 的压缩性能得到了显着改善。
更多深入分析3D打印HEA材料的分析，请持续关注后续内容，下期将聚焦介绍3D打印HEA材料的加强机制及功能特性等方面的研究。
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