K418高温合金是中国开发的一类γ′沉淀硬化镍基高温合金（类似于美国的IN713C合金），因其优异的机械性能和高温抗氧化性而被广泛用于制造燃气涡轮发动机的热截面部件（例如低压叶片和叶片）[1]。这种高温性能与具有高浓度溶质元素的复杂化学成分有关，并且由无序γ奥氏体基体内沉淀的高体积分数 γ L1 组成的双相微观结构 [3]。在实践中，总是需要修复或完全更换镍基高温合金部件[4]，因为它们会遭受各种使用中的损坏，包括蠕变变形、疲劳开裂、腐蚀和氧化[5]。此外，γ'沉淀硬化高温合金由于其固有的高硬度和强度，被归类为难以通过常规加工方法切割的材料[6]。因此，迫切需要具有使用具有成本效益的工艺将高温合金塑造成复杂几何形状的新技术[7]。23

在过去的几十年里，基于增材制造（AM）技术的镍基高温合金部件的修复和修复引起了广泛的兴趣[8]。LPBF是最有效的增材制造方法之一，具有近净成型复杂组件的巨大优势[9]。在此过程中，具有亚毫米光斑尺寸的激光束沿着预先计划的路线进行扫描，并选择性地将粉末床熔合到贱金属或先前沉积的层上[10]。必须仔细调整几个加工参数，如激光功率、扫描速度、剖面距离、层厚和扫描策略，以消除凝固缺陷（例如裂纹和孔隙）并优化由此产生的微观结构[11]。

通过LPBF工艺过程中的逐层沉积策略，局部凝固具有高达10的高冷却速率5–107K/s [12] 能够形成分层异质的微观结构，特别是凝固的细胞结构，这是通过传统方法无法获得的。Wang等[13]报道了LPBF制备的316L不锈钢由具有跨越多个数量级的长度尺度的分层微观结构组成，包括熔池边界、高低角晶界、细胞壁、位错单元和分离元件。特别是，他们提出类似于高角晶界（HAGB）的细胞结构表现出Hall-Petch型强化行为。尽管这一估计引起了争议[14,15]，但Liu等[16]证明，在LPBF制造的316L不锈钢中，多孔结构是强度-延展性协同作用的主要贡献者。

因此，了解层级结构的形成机制以及微观结构层次与力学行为之间的相互关系对于通过LPBF方法开发高性能结构材料至关重要。然而，对于大多数LPBF制造的高温合金来说，这些问题仍然知之甚少。Li等[17]通过激光直接能量沉积观察了Ni基高温合金的层级结构，但其对力学行为的贡献尚不清楚。Mohsin Raza等[18]探讨了无裂纹IN713C合金的最佳LPBF工艺参数，Zhao等[19]验证了LPBF IN713C合金的力学性能优于铸造同类合金，而对LPBF IN713C合金的分层结构和强化机理没有给予太多关注。此外，在LPBF工艺过程中，最大热流方向与建筑方向相反，有利于形成具有强烈纹理的柱状晶粒[20]，这使得LPBF合金的力学行为各向异性[21]。因此，对晶粒结构进行详细表征对于揭示机械性能的潜在机制至关重要。然而，文献中晶粒结构的可视化几乎基于二维电子背散射衍射（EBSD）方法，无法捕获复杂的三维晶粒几何形状。

本研究采用多尺度表征方法，对LPBF制备的K418高温合金的层级结构进行了全面研究，并探讨了其形成机理。特别是，采用3D EBSD技术对复杂凝固条件和热历史产生的不规则3D晶粒结构进行可视化。最后，研究了层级结构在环境温度和600 °C下力学行为和变形机理中的作用。