导读：选择性激光熔化 (SLM) 合金的机械性能归因于它们独特的微观结构，这是从液态快速冷却产生的。然而，对于大多数 SLM 合金，如 Ti 基、Ni 基和 Co-Ni 基合金，显微组织粗化和各向异性，对机械性能不利。为了解决这些问题，再结晶退火通常用于细化微观结构，弱化织构，从而提高机械性能。本研究采用准原位电子背散射衍射（EBSD）分析了SLM CP-Ti在800°C和700°C退火过程中AGG的潜在形成机制，以及探索避免 AGG 的可能方法。适当控制 700 °C 的退火时间可以减轻 AGG 以获得具有弱织构的细等轴晶粒，从而提高拉伸性能 SLM CP-Ti，基于此南洋理工大学科研人员以题“Avoiding abnormal grain growth when annealing selective laser melted pure titanium by promoting nucleation”发表在国际知名期刊Scripta materialia上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114377

在这项研究中，选择性激光熔化(SLM) 商业纯钛 (CP-Ti) 的再结晶过程随后是在 800 °C 和 700 °C下的准原位电子背散射衍射(EBSD) 方法。异常晶粒生长(AGG) 最初出现在 800 °C 退火开始时，主要由应变诱导边界迁移 (SIBM) 引起。然而，在700°C退火开始时，由于更多的再结晶形核形成了许多小的等轴晶粒，随后由于二次再结晶而形成AGG。基于这些发现，适当控制 700 °C 的退火时间可以减轻 AGG 以获得具有弱织构的细等轴晶粒，从而提高拉伸性能 SLM CP-Ti。

图1。竣工样品（a-d）：EBSD反极图（IPF）图（a），带对比度（BC）图（b），几何必要位错（GND）密度图（c），由ATEX软件计算基于[30]中描述的方法和XRD图谱(d)；在不同温度下退火 2 小时 (e-i) 的样品的 IPF 图；在 700 °C (j) 和 800 °C (k) 下退火 12 分钟的样品的 IPF 图及其相应的晶粒尺寸分布 (l)；{0001} PF（泥浆）贴图包含在所有 IPF 贴图中

图 1 (e-i) 显示了在不同温度下退火两小时的样品的 IPF 图。在 600 °C 下退火的微观结构几乎保持不变，而在700-850 °C 下退火的微观结构中观察到AGG。特别是，在 800 °C 时平均再结晶晶粒尺寸为 58.6 m（图 1 k）和 700 °C 时平均再结晶晶粒尺寸为 26.7 m（图 1）的显微组织j) 在退火的前 12 分钟内彼此明显不同。前者具有AGG，后者主要含有细小的再结晶晶粒，意味着AGG仅在后期退火时发生。此外，前者和后者的样品中分别有 289 个和 1181 个再结晶晶粒（图1l），这意味着后者的样品中发生了更多的形核。{0001} PF 图显示，在 700-850 °C 下退火 2 小时会强化织构，而在 700 °C 下退火 12 分钟会削弱织构。

图2。顺序EBSD IPF映射和它们相应的{0001} PF（泥）在800℃退火的0的持续时间的（a），图5（b），图3（c），5（d），图6之后的同一区域的映射（ e)、7 (f)、10 (g)、30 (h) 和 100 (i) min，其中突出显示了再结晶晶粒。

图 2显示了在 800 °C 下退火不同时间后再结晶晶粒的 IPF 图。在退火的第一个 5 分钟后，AGG出现在补丁中。随着进一步退火（图 2（c-e）），小的再结晶晶粒不断出现，一些快速生长，导致 AGG。此外，再结晶晶粒具有锯齿状晶界(GBs) 和高达 16 泥的强化纹理。然而，在后面的退火过程中，会形成光滑的 GB 并且纹理减弱到大约 8 泥。

图3。顺序EBSD IPF 子集图 (a-g) 显示了在 800 °C 下退火不同时间的AGG的起源和演变（晶粒编号以便于跟踪）；SIBMGrain 1 的连续 KAM 映射 (h-j)；序列 IPF 图 (k-n) 显示 SIBM Grain G 在多个方向上的增长；线 L1-L4 在 (m) 中的迷失方向分布 (o)；退火 10、30 和 100 分钟后的晶粒 G 的晶粒参考取向偏差 (GROD) 图 (p-r)，这是由像素相对于同一晶粒中的平均取向的错误取向角生成的。

图 4。顺序EBSD IPF映射为组织演变同一样品中的两个区域（A1-F1和a2-F2）的在700℃下退火10分钟（a1和a2），15分钟（b1和b2），25分钟后（ c1 和 c2)、30 分钟（d1 和 d2）、60 分钟（e1 和 e2）和 100 分钟（f1 和 f2）；(a1)中区域的BC图(g)叠加的KAM图；SIBM 颗粒的 IPF 映射(h) 和 KAM 映射 (i)

图 5。竣工样品（A）、样品（B）在800℃退火2小时，样品（C）在700℃退火12分钟的单轴拉伸工程应变-应力曲线（a）；对于三个样品，分别为：拉伸测试横截面的事后EBSD BC 图（b、e 和 h）、IPF 图（c、f 和 i）和 KAM 图（d、g 和 j）样品，以及断裂表面（k、l 和 m）的 SEM 图像。

总之，AGG的形成主要归因于 SIBM 和 SLM CP-Ti 分别在 800 °C 和 700 °C 退火过程中的二次再结晶。适当控制700°C的退火时间可以防止AGG，并可以产生具有弱织构的细小等轴晶粒，从而提高机械性能。这些结果强调了 SIBM 的重要作用，与 PR 在 SLM 合金的再结晶中占主导地位的观点形成对比 ，并提供了一条避免 AGG 的新途径，从而获得更高性能的材料。