增材制造（AM）能够通过直接从3D模型数据逐层沉积来制造复杂的高性能部件，与传统制造方法相比，它提供了更好的设计自由度、材料效率和成本效益[1,2]。在各种AM技术中，选择性激光熔化（SLM）已成为一种变革性工艺。通过使用高能激光束选择性地扫描和熔化金属粉末，SLM可以实现接近净形的制造，具有高尺寸精度和超过99%的致密度[3,4]。这些优势加速了其在航空航天、能源和交通领域的应用。
尽管SLM具有巨大潜力，但其特点是存在陡峭的热梯度（10^6～10^7 K/m）和超快的冷却速率（高达10^7 K/s）[5,6]。这些极端条件会导致不均匀的热收缩，产生超过材料屈服强度的内部应力，并引起局部塑性应变集中[7,8]。因此，在所有AM技术中，SLM面临最严重的热应力、变形和裂纹问题，尤其是在加工高强度合金时。
镍基超级合金具有出色的高强度、优异的蠕变抗力、出色的抗氧化和抗腐蚀性能以及长期的热稳定性，使其成为航空发动机、燃气轮机和火箭推进系统关键部件的不可或缺的材料[2,9,10]。其中，CM247和Mar-M247是代表性的沉淀强化合金，在极端服役条件下表现出色，广泛用于航空发动机的热端部件和涡轮叶片。然而，它们较高的Al + Ti含量（通常超过6 wt%）增加了γ′相的体积分数（>60 vol%），并促进了γ/γ′共晶的形成。这种微观结构特征加剧了由凝固收缩和γ/γ′晶格失配引起的内部应力，同时显著扩展了固液相变区间——总体上导致对凝固裂纹的强烈敏感性。在SLM过程中，强烈的热循环和熔池的快速收缩进一步加剧了热应力，成为裂纹形成的主要因素[11,12]。
如图1所示，基于文献中报道的代表性镍基超级合金构建了一个可焊性评估图。从已发表的成分数据中提取了典型商用合金的Al和Ti含量，并根据以往的实验观察和实际的焊接及AM研究总结了它们的热裂纹倾向和可焊性行为[13]。不同可焊性区域的划分基于广泛接受的经验标准和文献中报道的一般趋势，而不是新拟合的数据。Al + Ti含量与裂纹敏感性之间的关系表明，CM247和Mar-M247属于高裂纹倾向区域，通常被认为是“难焊接”合金。这种行为主要与凝固末期的Al和Ti偏聚有关，这促进了枝晶间区域连续液膜的形成。升高的Al + Ti含量进一步加速了晶界处的γ′沉淀，降低了液态材料的供给能力。结合扩展的凝固温度范围和较大的γ/γ′晶格失配，这些因素显著增加了增材制造过程中的热裂纹倾向，从而限制了这类高γ′镍基超级合金的可打印性。
目前关于CM247超级合金的AM研究仍处于探索阶段，面临着裂纹抑制和机械性能提升的双重挑战[14]。已经提出了多种方法，如工艺优化、合金改性、辅助能量场和后处理等。Adegoke等人[15]研究了工艺参数对CM247LC SLM过程中裂纹形成的影响，并报告称将体积能量密度优化到大约108 J/mm^3可以显著减少裂纹。棋盘（岛屿）扫描策略将每层划分为用短矢量扫描的小子区域，广泛用于降低应力水平和防止裂纹形成[16]。然而，如果没有适当控制岛屿大小、重叠比例和层间旋转，或者没有足够的预热，岛屿边界可能成为缺陷产生的优先位置[17,18]。因此，有效抑制CM247的裂纹需要一种结合了优化功率-速度参数、预热和适当后处理处理的综合策略。
还探索了合金设计和辅助场耦合的方法。胡等人[19]通过去除Hf和减少Al含量来减轻SLM制造的CM247LC的裂纹，裂纹密度减少了96%，裂纹长度减少了75%。杜等人[20]证明在SLM IN718过程中施加静态磁场可以提高致密度。然而，Seidel等人[21]发现，在激光定向能量沉积CM247LC时，尽管磁辅助抑制了凝固裂纹，但基底上的液化裂纹仍然存在。热等静压（HIP）对于减少孔隙率、修复内部裂纹和改善SLM制造的CM247LC的机械性能非常有效[22,23]。优化的HIP循环或结合HIP与热处理或激光重熔的混合方法可以进一步改善缺陷闭合和性能[24]。然而，单独使用HIP无法消除表面裂纹或缺熔缺陷，不适当的热循环甚至可能加剧裂纹扩展[25]。这些限制表明需要综合多步骤策略来实现全面的裂纹消除。此外，扩大SLM零件的尺寸引入了新的挑战：大尺寸零件会受到更强的结构约束和更高的内部应力，增加了裂纹风险。因此，开发可控尺寸的大尺寸无裂纹CM247组件的制造策略至关重要。
在机械性能方面，大多数研究采用单一方法并取得了一定的成功。刘等人[26]使用激光重熔技术研究了能量密度和扫描策略对SLM处理的CM247LC的影响，实现了1280 MPa的抗拉强度、885 MPa的屈服强度和11.9%的伸长率。李等人[27]开发了一种渐进式重熔SLM方法，在室温下获得了1077 MPa的最终抗拉强度和4.5%的伸长率，优于传统的SLM方法。金等人[28]使用电子束粉末床熔融技术并在1000°C预热下制造了CM247LC，获得了820 MPa的屈服强度、1040 MPa的抗拉强度和5.4%的伸长率。尽管这些进步在一定程度上改善了性能，但单一方法仍不足以满足严格的工程要求。
为了解决CM247LC合金样品的裂纹问题和有限的打印性，本研究采用了一种多因素耦合优化策略，整合了工艺参数调整、预先进行的轧制基底退火、扫描策略调整和预热控制。利用这种方法，成功制造出了具有优异机械性能的无裂纹CM247LC样品。系统分析了工艺条件、微观结构演变和最终机械性能之间的关系。特别是，该研究阐明了晶格亚结构和纳米级碳化物对机械行为的影响，并揭示了它们对屈服强度的协同贡献。
