高强度钢（HSS）在增材制造（AM）领域有着广泛的应用前景，但目前研究和应用较多的是经典的沉淀硬化不锈钢17-4PH和马氏体时效钢18Ni-300，而高强度钢却鲜有报道。与大多数易产生裂纹的铝和镍合金不同，钢在制造过程中会发生多次相变，这使得其内部裂纹的控制更加困难。自2010年以来，定制化高强度钢因其优异的耐腐蚀性而受到学术界和工业界的青睐，它可以在无需使用有毒的保护涂层（如镉和铬）的情况下，实现绿色可持续制造。
AM合金中的热裂纹（也称为热撕裂）通常是由于凝固结束时的分配诱导液膜所致，其固相线温度低于周围材料。在之前的AM工作中，已经提出了几种缓解热裂纹的方法。但是对热裂纹敏感的钢，这些方法仍然存在问题。因为现代高速钢（主要是马氏体时效等级）经历了多次相变，通过实验手段获取凝固后的元素分配信息十分复杂，这一问题阻碍了通过合金设计来消除热裂纹的可能性。
新加坡科技研究局、华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室孙彬涵教授、新加坡南洋理工大学等研究人员以C465合金为例，尝试使用激光粉末床熔融（LPBF）技术制备C465。实验结果表明，该合金在LPBF过程中极易产生热裂纹。作者分析了在解决高强度马氏体时效钢中的热裂纹时需要考虑的复杂性和重要因素。首先介绍了AM制件材料中热裂纹的严重程度，以及几种现有热裂纹消除方法的局限性，然后通过将TiN颗粒引入前驱体钢粉末中，成功获得了无裂纹的试样。此外，还详细研究和讨论了TiN对组织和拉伸性能的影响。这项工作不仅有助于高强度马氏体时效钢AM制备，还可为任何在生产过程中经历快速凝固相变的合金提供指导。 
图1. C465合金在(a) OM和(b) SEM条件下裂纹的代表性图像 (c)拉伸断裂后，这些裂纹表面光滑且呈枝晶状，表明存在热裂纹(即凝固裂纹) (d)在BSE模式下发现均匀分布的明亮对比线和纳米级析出物
图2.沉积态C465合金两条热裂纹附近的EBSD分析 在以往的增材制造工作中，已采用了多种方法降低热裂纹。但是对于热裂纹敏感钢，直接采这些方法仍然存在问题。因为现代高速钢（主要是马氏体时效等级）经历了多次相变。因此，通过实验手段获取凝固后的元素分配信息很复杂，阻碍了在增材制造过程中通过合金设计来消除热裂。图3.(a1-a4)C465和(b1-b4)含1 wt.% TiN的C465的原奥氏体晶粒重构态、沉积态、420℃退火态和630℃退火态样品的IPF图
图4.TiN对C465合金显微组织和相演化影响的示意图
图5. (a)纯C465合金在铸态420℃退火和630℃退火条件下的拉伸性能; (b)在铸态、420℃退火、450℃退火和630℃退火条件下，TiN含量为1wt .%的C465合金; (c)含1.5% wt.% TiN的C465合金，在铸态和450℃退火条件下
综上所述，为解决在激光粉末床熔合过程中易发生相变的合金热裂问题，本文工作突出了需要考虑的潜在因素。冷却过程中的固态相变抹去了元素分布信息，而这对于解决热裂问题至关重要。基于本研究的不锈钢马氏体时效钢C465，主要结论如下: 1）尽管Ti元素有助于钢中所需的η-Ni3Ti强化相的形成，但在凝固过程中Ti元素有很强的分配倾向，分配系数接近0.2，这导致Ti元素沿着HAGBs分裂并形成低固相液体膜，从而引发热裂。单纯的工艺修改，如降低热量输入，不足以防止其分块或消除热裂纹。2）晶粒成核剂TiN能有效减小奥氏体晶粒尺寸，从而解决C465的热裂问题。然而，与在使用过程中不经历相变的材料不同，为马氏体时效钢等相变材料选择晶粒细化剂时，除了晶粒细化能力外，还需要考虑几个额外的因素。 3）在冷却过程中，基体中Ti颗粒的部分溶解降低了合金的马氏体起始温度，从而产生更多的残余奥氏体。此外，在高于400℃的高温下，基体成分变化降低了平衡奥氏体含量。再加上纳米TiN的齐纳渐缩效应，奥氏体在加热过程中受到动力学限制。 4）TiN的引入也会影响合金的拉伸性能。在用TiN退火后，TiN颗粒部分溶解产生的溶解N有助于提高屈服强度。本研究中奥氏体稳定性较低，TiN材料发生了应变诱导马氏体相变。为了确保高后均匀伸长率，之后需要完全无裂纹的样品。 
