西工大顶刊：新策略！无需后续热处理，显著提升增材制造合金强塑性！

2023-03-14 16:30:02 作者：材料科学与工程来源：材料科学与工程分享至：

激光粉末床熔融(LPBF)技术为直接快速地生产具有极其复杂几何形状和良好性能的金属部件开辟了新的可能性，已经逐渐在工业界获得应用。通常通过热等静压(HIP)和热处理等后处理方法，可实现对沉积复杂构件微观组织和性能的进一步调控。如何充分地利用选区激光熔化沉积自由度、高效地设计和调控沉积过程、实现在无需后续热处理下优化沉积构件的组织和性能仍然是本领域的研究热点。

日前，来自西北工业大学凝固技术国家重点实验室的王锦程教授团队设计并提出了一种新型的原位重熔打印策略，通过在打印过程中对熔池特征和凝固条件进行调控，不仅优化了沉积合金致密度、形成了独特的晶体层片组织(crystallographic lamellar microstructures)，而且促进了沉积过程中内在的热变形和热处理而诱导了更高的位错密度和晶粒细化，实现了无需后续热处理下沉积构件强塑性的显著提升。相关研究成果以“In-situ tailoring microstructures to promote strength-ductility synergy in laser powder bed fusion of NiCoCr medium-entropy alloy”为题发表在增材制造顶刊Additive manufacturing上。论文第一作者为博士研究生周科璇，通讯作者为王志军教授，西北工业大学为唯一单位。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103443

图1 (a) 预制NiCoCr合金粉及其粒度分布。(b) 原位重熔沉积策略和取样示意图。

图 2 直接沉积(LPBFed)试样、重熔沉积(LPBF-remelted)试样、和传统轧制再结晶试样的力学性能对比。(a)工程应力-应变曲线图；(b)加工硬化率曲线图；(c)加载-卸载-重新加载力学性能曲线图；(d)基于图2c计算所得的HDI强化贡献。

图3 直接沉积(LPBFed)试样、重熔沉积(LPBF-remelted)试样、和传统轧制再结晶试样的微观组织对比。(a-c) 三维光镜图像和(d-f)扫描图像和对应的EDS面扫结果。

图4 直接沉积(LPBFed)试样、重熔沉积(LPBF-remelted)试样、和传统轧制再结晶试样的横截面EBSD组织：(a₁-c₁) IPF图，(a₂-c₂)极图，(a₃-c₃)晶粒尺寸分布图。

图5 直接沉积(LPBFed)试样、重熔沉积(LPBF-remelted)试样、和传统轧制再结晶试样的纵截面EBSD组织：(a₁-c₁) IPF图，(a₂-c₂)极图，(a₃-c₃)晶粒尺寸分布图。

图6 直接沉积(LPBFed)试样和重熔沉积(LPBF-remelted)试样横截面所对应的(a₁, b₁)晶界分布图、(a₂, b₂) KAM分布图和(a₃, b₃)再结晶组分图。

图7 直接沉积(LPBFed)试样和重熔沉积(LPBF-remelted)试样的TEM表征: (a₁-a₄)和(b₁-b₄)分别给出了LPBFed和LPBF-remelted试样中的位错胞组织、孪晶和层错组织。(c)和(d)分别给出了LPBFed和LPBF-remelted试样中的纳米颗粒分布和位错胞胞壁处的EDS线扫结果。(e)高倍下纳米颗粒所对应的EDS面扫结果。

图8 拉伸变形后的直接沉积(LPBFed)试样和重熔沉积(LPBF-remelted)试样的EBSD组织：(a₁-c₁) IPF图，(a₂-c₂) 反极图，(a₃-c₃)取向差分布图(分别对应于图a₃-c₃中的白色虚线)。

图9 拉伸变形后(a)再结晶、(b)直接沉积和(c)原位重熔沉积试样的ECCI表征组织。在~40%拉伸应变下的(d)再结晶，(e₁, e₂)直接沉积和(f)原位重熔沉积试样的TEM表征。原位重熔沉积试样变形后纳米孪晶与位错胞相互作用的典型形态：（g1-g2）纳米孪晶切过具有薄壁的位错胞；（h1-h2）纳米孪晶被具有厚壁的位错胞所阻止；

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