文章介绍：

K4169是一种沉淀硬化镍基高温合金，因其优异的高温强度和抗蠕变性能，广泛应用于航空涡轮发动机的热端部件。然而，现代发动机中复杂薄壁几何形状的制造对冶金完整性提出了重大挑战。

重力铸造因充型压力低，在薄壁截面中常出现浇不足和孔隙缺陷。为克服这一问题，反重力铸造利用压差确保稳定充型，并通过增强冷却来细化微观组织。相比之下，激光粉末床熔融提供了一种无模制造途径，具有超高的冷却速率，可抑制宏观偏析，但会引入显著的残余应力和各向异性的胞状亚结构。

虽然单一工艺（铸造或激光粉末床熔融）制备的K4169的微观组织和力学性能已有广泛报道，但跨越从重力铸造的低于100 K/s到激光粉末床熔融的大于10⁵ K/s这一极宽冷却速率范围的系统比较研究仍然缺乏。具体而言，尚不完全清楚重力铸造、反重力铸造和激光粉末床熔融所固有的不同热历史和凝固压力如何从根本上决定了铌的偏析行为（Laves相形成）和缺陷分布，也不清楚这些不同的初始微观组织对标准的固溶时效热处理如何产生差异化的响应。因此，在这些工艺路线中，缺陷主导的失效（传统铸造的典型特征）与微观组织主导的强化（增材制造的特征）之间的竞争机制缺乏统一的评估。填补这一空白对于优化复杂薄壁航空航天部件的制造策略至关重要，因为这些部件对结构完整性和成本效益均有极高要求。

本研究全面考察了K4169在三种制造工艺（重力铸造、反重力铸造、激光粉末床熔融）下的凝固行为。采用数值模拟（ProCAST）和成分过冷理论计算，将热梯度与观察到的晶粒形态相关联。此外，评估了这些不同的初始微观组织对固溶时效处理的响应，旨在为航空航天应用建立工艺-微观组织-性能关系。

中文摘要：

本研究对重力铸造、反重力铸造和激光粉末床熔融三种工艺制备的K4169高温合金的微观组织和力学性能进行了比较研究。在激光粉末床熔融制造过程中，高温度梯度和大冷却速率使得制备的样品晶粒细小（19~30 μm），同时析出相也细小且弥散分布。这显著改善了其力学性能，使其远优于重力铸造样品，并略优于反重力铸造样品。反重力铸造样品的晶粒尺寸（650 μm）比重力铸造样品（380 μm）小，析出相的尺寸也更小，因此其力学性能更优。三种样品经固溶时效热处理后，激光粉末床熔融样品中的熔池消失，平均晶粒尺寸增大（45~63 μm），并在晶界处析出大量δ相和碳化物，这降低了激光粉末床熔融样品的塑性。然而，其力学性能达到了锻造K4169的水平。反重力铸造样品的晶粒尺寸变化不大，晶界处析出了更多球状碳化物，强度进一步提高，接近锻造K4169合金的水平，但塑性进一步降低。在重力铸造样品中，枝晶间仍存在粗大不规则的Laves相、针状δ析出相和球状碳化物，其强度略有提高。分析表明，热处理后基体中析出的δ相在提高K4169材料强度的同时降低了其塑性。