前言
在高温、高湿等腐蚀环境下，材料的性能和可靠性往往受到严峻挑战。
其中，残余应力作为材料的重要性能参数之一，对材料的力学性能、疲劳寿命和断裂行为具有重要作用。
是一种常用的高温合金，广泛应用于航空航天等领域。
然而，对于腐蚀环境中细观组织中的残余应力如何与腐蚀相互作用仍存在很大的研究空白。
为了研究腐蚀环境中介质与微观组织中残余应力的相互作用，通过理论分析和实验结果揭示其机理和影响因素。
718 (IN718) 是一种镍基高温合金，以其强度、抗氧化性和耐腐蚀性、良好的焊接性以及良好的疲劳和蠕变性能而闻名。
它通常广泛应用于高温（高达650°C）和腐蚀性环境，例如燃气轮机中遇到的环境。
由于In718的导热率低、硬度高，限制了传统成形工艺的使用，而采用增材制造技术可以极大地解决这些限制。
通过优化材料使用，具有增加设计复杂性和节省成本的优势。
实验室X射线衍射
增材制造工艺参数对最终的微观结构、残余应力（RS）水平和缺陷含量有很大影响。
在控制热流方向性时，扫描策略对凝固织构有显着影响。 根据所使用的扫描策略，熔池的冷却速率可能导致柱状、混合或等轴颗粒的生长。
柱状颗粒通常形成平行于构建方向的最长轴，并且自由表面处的体积诱导冷却速率通常不相同。
无论使用何种技术、材料和工艺参数，自由表面都倾向于形成等角颗粒。
激光粉末床熔化（Lpbf）是一种在惰性气体气氛下通过高能激光束选择性熔化薄金属粉末的增材制造技术。
众所周知，该技术会产生高水平的内应力，如果不加以控制，可能会导致样品破裂、RS 和变形。
在没有外力、温度梯度或力矩的情况下，RS 是当材料经历非均匀非弹性应变时物体中存在的非均匀自平衡应力（和力矩）。
当材料变形不均匀时就会出现它们。
残余应力通常由其平衡时的长度尺度决定，长程宏观应力（称为 I 型）在整个身体内保持平衡。
在多晶粒或单晶粒或单晶粒或部分晶粒上，分别存在较短的微应力、粒间（II型）和粒内（III型）平衡范围，目前的研究侧重于长期宏观重点。
在Lpbf控制过程中，残余应力积累的机制主要有两种：一是温度梯度机制，是指激光照射区域局部发生的诱发应力和应变。
其次，冷却阶段机制会在先前熔融的材料和固化层之间产生收缩失配。
一般来说，产生的 RS 场通常在表面处拉伸，在体积处压缩。
在合金中也观察到了这种趋势，在其表面区域观察到接近屈服强度的 RS 拉伸强度，而体积压缩 RS 强度低于拉伸强度。
广泛采用的RS缓解策略之一是调整扫描策略，可以均匀化并减少过程中的热应力。
单向扫描策略将热量定位在与连续层沉积相同的路径上，并且使用平行于样本最长尺寸的扫描矢量会产生更陡峭的热梯度。
另一方面，扫描矢量方向上层之间的交替减少了特定位置的热量集中。
在这方面，67度夹层结构避免了大多数层间扫描矢量的重复，据报道可以减少变形、各向异性和表面粗糙度。
在LPBF中，表面粗糙度主要取决于工艺参数和与重新安装叶片相关的构建方向的定向。
表面粗糙度是测量表面和近表面 RS 时的一个限制因素，因为它会局部松弛应力解释钢材中残余应力的特点，产生向内增加应力的梯度。
在进行地表和近地表遥感测量时，需要考虑工艺参数对表面粗糙度的影响。
尽管迄今为止在合金表征方面进行了大量工作，但由于所得产品的重复性、可预测性和微观结构复杂性有限，仍然存在一些不确定性。
这些不确定性确实对结果的解释产生了相当大的影响。
有时，来源、粗粒度和强纹理微观结构（这可能是某些增材制造工艺或扫描策略的特征）之间的比较无效，在使用基于扩散的技术时对数据分析提出了挑战。
所选的衍射弹性常数可能会导致计算的残余应力发生显着变化，而正确确定残余应力的大小对于了解部件的机械性能至关重要。
在这方面，据报道用Lpbf钛-6铝-4V合金测量的十二溴化物测定值偏离常规生产的钛-6铝-4V合金的十二溴化物测定值。
评估传统 DEC 有效性的需要不仅限于增材制造材料，因为这一要求适用于任何表现出非常规微观结构的新材料。
残余应力分析决策
增材制造材料的微观结构和纹理特性对常用的遥感分析程序提出了挑战，尤其是那些使用衍射技术的程序。
在没有通过现场加载试验确定 DEC 的情况下，Cron 模型通常用于计算 718 个传统制造的样本中的 RS。
以目前的RS结果为例，应采用Rum模型而不是模型的主要原因有两个。 使用 Cr-Cr-ner 模型时出现第一个问题，这是由于计算的 RS 高强度造成的。
尽管所研究材料的体积屈服强度范围为 632 MPa 至 806 MPa，但使用该模型计算出近表面残余应力接近 1200 MPa。
然而，随后的时效热处理工艺可以通过沉淀硬化将输出强度提高到1200 MPa。
半分析观察表明，所制造的微观结构的特征枝晶中间分段保留在表面附近，因此应排除这种显着的沉淀硬化。
还有其他因素可以局部增加近表面屈服强度。 由于近表面区域的晶粒尺寸相对较小，霍尔-比奇效应还会导致屈服强度的局部增加。
近表面三轴应力状态（例如在复合材料中）也可能导致残余应力高于屈服强度，在制造的材料中也是如此。
这种相间、晶间（II 型）应力的起源并不明显，但细胞壁和细胞内部之间的高相间应力（其中合金元素的微分离和亚晶界处的高位错）可能导致这种三轴状态。
这需要使用本地技术，聚焦离子束数字图像相关（IFB-DIC），并且不能在这里视为事实。
即使将这些效应（Hall-Peach效应和三轴效应）结合起来，也不太可能导致屈服强度增加约。 根据流动行为模型计算出的RS强度仅略高于最大体积屈服强度值。 。
Voigt、Root 和 的经典理论模型继续沿用衍射数据。
为了计算 RS 分析的 DEC，Vogt 模型代表了一种极限情况，其中每种不同的颗粒具有相同的应变。
一般来说，在计算高各向异性材料的RS时，一般会避免这种情况，因为没有考虑各种QLL反射的弹性各向异性。
该模型代表另一种限制性情况，假设粒子之间的应力恒定。
多晶聚合物中的结晶，由于其特定的取向，产生与各向异性模量成比例的应变，并且克纳模型允许应力和应变在具有任意取向的颗粒之间变化。
使用 Ehill 比包含模型计算嵌入暴露于特定均匀应力场的连续基体中的颗粒的整体刚度。
对这些模式的介绍可以在例如过去和未来的工作中找到，这些工作一直致力于改进基本模式解释钢材中残余应力的特点，并且这些改进旨在包括纹理效果。
三样状况检查
施工状态对应于原始基板厚度(36mm)的状态，薄基板状态对应于基板减薄至6mm厚度后的状态。
虽然释放状态对应于基板从样本完全移除的状态，但放电加工(EDM)用于减薄基板并从基板移除样本。
LXRD技术的使用仅限于研究沿平行于X方向的中心线基板减薄对顶面的影响。
使用 X- G3 衍射仪进行表面 RS 分析，该衍射仪以角色散 (AD) X 射线衍射模式运行，并配备可移动臂和围绕固定样品旋转的 X 射线源。
近地表遥感分析在德国柏林同步加速器设施 Eddy 进行。
该光束线以能量分配模式运行，并提供能量范围约为 10 kV - 150 kV 的白色光束。
除了由于 X 射线能量较高而提高穿透力外，能量色散衍射和角色散衍射的优点还在于数据收集。
AD模式通常只测量单线轮廓，并且样本和探测器安装在固定位置。
另一方面，ED 衍射模式提供了完整的衍射光谱，并对等效器件进行了多次反射。
通过绘制所有试件顶面和一侧表面的等效面积来研究RS状态（对应于I型应力）。 使用安装在欧拉支架上的样品进行反射模式测量。
由于该摇篮不能承载超过 5 公斤的重量，因此仅研究了薄底板和释放条件。
衍射角设置为2θ=10°，所有实验棱镜采样测量均由入射光束的交点（定义为具有垂直和水平开口的倾斜狭缝）确定。
微观结构
在三种扫描策略中，背散射电子模式的扫描电子显微镜揭示了与柱状树突细胞相似的小结构。
为了简洁起见，仅显示了 Y 扫描和机器扫描微观结构。
在机器扫描微观结构的情况下，树突状细胞在不同区域以不同方向生长，这表明总体热流预计大致平行于建筑物的方向，但熔池内的局部热流有所不同。
在熔池中的凝固过程中，元素溶质被喷射到枝晶表面，将合金元素定位在枝晶中心周围。
通过 EDS 进行的元素图谱分析表明，树突状细胞周围较亮的区域含有较高浓度的合金元素 NB、溴和钛。
EDS 分析还表明，这些区域的铁、铬含量较低，镍含量较低。
这些孤立的区域出现在树突状细胞、亚颗粒（由一组相邻的低角度树突状细胞（约 100 个）组成）中。
还报道了纳米蛋白的存在。 在颗粒的这些微晶区域中，扫描透射电子显微镜元素图 (STEM-EDS) 显示合金元素（特别是钛和铝）的不均匀分布。
这些分布实际上与 LAVES 的存在有关！
ESD图显示Y-SCAN试样的柱状晶粒分布主要为P&t;101&tt，晶粒方向，扫描矢量在XY平面上清晰可见，在较粗的晶粒线中。
实验室 X 射线衍射、同步能量散射衍射和电子显微镜技术用于三种不同的扫描策略（X、XY 和旋转）。
对所得RS状态和微观结构以及基体去除后变形的影响进行了全面的研究，可以得出以下结论。
基底的减薄主要松弛了 X 方向元素 σ X ，并导致样本向上弯曲（即沿着构建方向 (Z)）。
XY 扫描样本显示 σ 最高值。
衬底去除时的应力松弛更为重要，即表面 1 处的 σ Z，以 Z 方向上的应力梯度的形式来适应变化的边界条件。
尽管侧面上的 x 方向应力几乎消失，但处于释放状态的样本保留了相当大的 RS。
对于机器扫描的样品，释放情况下的变形最大，很可能是由于在样品表面观察到较高的温度和 σ Z 值造成的。
尽管在所有研究的样本和区域中，枝晶之间的差异膨胀被认为是相似的，但在不同样本中观察到的颗粒结构和纹理强度有所不同。
在近表面区域，晶粒尺寸较小，纹理较低，这会产生近似线性的 2Ψ 扫描问题。
由于上皮加工，所有三个标本在根尖表面以下都显示出相似的微观结构，并且表面以下的微观结构随扫描策略的不同而变化。
综上所述
研究发现，在腐蚀环境中，残余应力与材料的腐蚀速度、腐蚀介质、温度和湿度等因素密切相关。
腐蚀介质会在材料表面引起化学反应，导致晶格变形和结构不稳定，残余应力尺寸增大且分布不均匀。
同时，腐蚀速率的增加会加剧腐蚀引起的应力集中，导致残余应力增大，发生局部腐蚀。
温度和湿度的变化也会对残余应力和材料性能产生重要影响。 高温高湿环境中的水分子会加速腐蚀反应，进一步加剧残余应力的发展。
在腐蚀环境中，介质和组织中的残余应力受到腐蚀介质、腐蚀速率、温度和湿度等因素的共同影响。
腐蚀引起的晶格变形和晶体结构的变化导致残余应力的演化和增长，对材料性能产生重要影响。
为了提高材料的耐腐蚀性能，延长其使用寿命，应合理选择材料处理工艺，调整腐蚀环境。
