Inconel 718是一種含有Nb和Mo的沉淀硬化鎳基超級合金，具有出色的高溫強度、優異的疲勞抗性、良好的耐磨性以及顯著的抗氧化和抗熱腐蝕性能。這些特性使其在航空航天、航空、海洋、核能、化工和石化等行業的關鍵部件中得到廣泛應用[1]、[2]、[3]。然而，鎳基合金的高硬度和低導熱性在傳統加工和成形過程中帶來了顯著挑戰，導致材料利用率降低、制造成本增加，特別是在制造復雜幾何形狀的部件時尤為困難[4]。

增材制造（AM）技術在克服傳統加工技術的限制方面表現出卓越的能力。它有效解決了成形復雜形狀部件和難以加工材料的難題，同時滿足了現代制造對快速生產的迫切需求[5]、[6]、[7]、[8]。作為金屬增材制造方法，激光定向能量沉積（LDED）特別適合于制造大尺寸部件，并具有較高的沉積速率。然而，LDED技術的發展和廣泛應用受到加工過程中非平衡微觀結構的形成和晶粒生長失控的嚴重阻礙。盡管許多研究人員采用了后處理熱處理來緩解這些問題，但這些方法不可避免地會增加額外的時間和成本[9]、[10]、[11]、[12]。因此，開發在LDED過程中原位調控微觀結構演變的策略是通過經濟高效的方法實現機械性能提升的關鍵研究方向。

LDED零件的機械性能和服務可靠性與其微觀結構特性密切相關，這些微觀結構的形成和演變對逐層沉積過程中的熱歷史非常敏感。通過調整掃描速度、層厚、激光功率和掃描策略等工藝參數，可以局部改變熱流方向、溫度梯度和凝固速率，從而影響晶粒尺寸、形態特征和晶體織構[13]、[14]、[15]、[16]。此外，LDED技術允許在多層沉積過程中進行可控的工藝中斷，從而提供層間冷卻的機會，戰略性地修改零件的熱演變軌跡[17]、[18]。這種操作調整通過有針對性地調節熱歷史參數，便于精確控制材料的微觀結構發展路徑。

Foster等人[19]研究了延長層間停留時間對LDED技術制造的Inconel 625和Ti-6Al-4V部件的微觀結構和機械性能的影響。兩種材料的屈服強度和拉伸強度值均隨著層間停留時間的增加而提高。Chen等人[20]分析了不同層間停留時間對LDED 316L不銹鋼微觀結構演變和機械行為的影響。實驗結果表明，延長的層間停留時間促進了熔池形態的穩定、表面質量的提高、晶粒結構的細化以及最終拉伸強度的增強。然而，關于晶粒形態和沉淀相的研究尚不足。Camille等人[21]研究了激光熔覆過程中層間停留時間對Inconel 718單道熔層的微觀結構演變的影響，并詳細分析了微觀結構轉變機制。然而，他們的工作沒有包括對溫度場和凝固參數的探討。He等人[22]證明，在Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金的線弧增材制造過程中，采用分級熱輸入減少策略結合層間冷卻有助于晶粒細化、微觀結構修改以及形成混合柱狀-等軸晶粒配置。不過，該論文主要關注線弧增材制造過程。當前的研究結果表明，利用綜合模擬-實驗方法研究層間冷卻時間對LDED Inconel 718部件微觀結構特性的影響并建立冷卻速率與微觀結構特征之間關系的研究仍然有限。

本研究聚焦于LDED Inconel 718合金，采用綜合模擬和實驗方法研究了不同層間冷卻時間下樣品的熱歷史。利用光學顯微鏡結合掃描電子顯微鏡（SEM）對樹枝晶形態進行了亞微米級表征，而電子背散射衍射（EBSD）分析闡明了晶粒取向模式和織構演變機制。對具有不同冷卻間隔的樣品進行了系統的微觀結構變化比較。通過室溫拉伸試驗獲得了屈服強度、拉伸強度和伸長率等關鍵參數，并通過結合斷裂形態分析和Schmid因子（SF）計算評估了樣品的機械性能，這為深入理解高性能金屬零件的激光增材制造過程提供了指導。

圖2顯示了不同冷卻時間下LDED Inconel 718的模擬溫度場等高線圖。分析表明，在沉積第一層時，熱影響區（HAZ）的范圍有限。隨著沉積層的增加，HAZ逐漸擴展和重新分布。值得注意的是，在沉積第11層時，圖2(a2)、(b2)和(c2)顯示了高溫HAZ的空間分布存在顯著變化。

盡管開發的出生和死亡技術成功預測了LDED過程中溫度場的整體演變趨勢，并達到了20.8?%的平均驗證精度，但本研究仍存在以下局限性。這些局限性可能是模擬與實驗在某些局部測量點上存在較大差異的主要原因：

(1)

在當前模型中，元素在激活時直接被賦予環境溫度。

本研究探討了不同層間冷卻時間對LDED Inconel 718部件的微觀結構和機械性能的影響，得出了以下結論：

(1)

當層間冷卻時間增加時，樣品中出現破碎的樹枝晶，樹枝晶的大小減小，層間懸浮區域出現了許多細小的晶粒。此外，在樹枝晶間隙中獲得了更細的Laves晶粒和更低的Nb濃度

徐凱凱：研究、數據管理。趙繼斌：資金獲取。龔亞東：資金獲取、正式分析、數據管理。趙俊華：撰寫——初稿、研究。孟貴如：撰寫——審稿與編輯、撰寫——初稿、可視化、軟件、方法學、研究、正式分析、數據管理、概念化。

作者聲明他們沒有已知的競爭性財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。

本工作得到了江蘇省基礎研究計劃（編號：BK20251607）和國家自然科學基金（編號：U23A20633）以及中央高校基本科研業務費（編號：JUSRP202501127）的資助。