導讀：選擇性激光熔化 (SLM) 合金的機械性能歸因于它們獨特的微觀結構，這是從液態快速冷卻產生的。然而，對于大多數 SLM 合金，如 Ti 基、Ni 基和 Co-Ni 基合金，顯微組織粗化和各向異性，對機械性能不利。為了解決這些問題，再結晶退火通常用于細化微觀結構，弱化織構，從而提高機械性能。本研究采用準原位電子背散射衍射（EBSD）分析了SLM CP-Ti在800°C和700°C退火過程中AGG的潛在形成機制，以及探索避免 AGG 的可能方法。適當控制 700 °C 的退火時間可以減輕 AGG 以獲得具有弱織構的細等軸晶粒，從而提高拉伸性能 SLM CP-Ti，基于此南洋理工大學科研人員以題“Avoiding abnormal grain growth when annealing selective laser melted pure titanium by promoting nucleation”發表在國際知名期刊Scripta materialia上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114377

在這項研究中，選擇性激光熔化(SLM) 商業純鈦 (CP-Ti) 的再結晶過程隨后是在 800 °C 和 700 °C下的準原位電子背散射衍射(EBSD) 方法。異常晶粒生長(AGG) 最初出現在 800 °C 退火開始時，主要由應變誘導邊界遷移 (SIBM) 引起。然而，在700°C退火開始時，由于更多的再結晶形核形成了許多小的等軸晶粒，隨后由于二次再結晶而形成AGG。基于這些發現，適當控制 700 °C 的退火時間可以減輕 AGG 以獲得具有弱織構的細等軸晶粒，從而提高拉伸性能 SLM CP-Ti。

圖1。竣工樣品（a-d）：EBSD反極圖（IPF）圖（a），帶對比度（BC）圖（b），幾何必要位錯（GND）密度圖（c），由ATEX軟件計算基于[30]中描述的方法和XRD圖譜(d)；在不同溫度下退火 2 小時 (e-i) 的樣品的 IPF 圖；在 700 °C (j) 和 800 °C (k) 下退火 12 分鐘的樣品的 IPF 圖及其相應的晶粒尺寸分布 (l)；{0001} PF（泥漿）貼圖包含在所有 IPF 貼圖中

圖 1 (e-i) 顯示了在不同溫度下退火兩小時的樣品的 IPF 圖。在 600 °C 下退火的微觀結構幾乎保持不變，而在700-850 °C 下退火的微觀結構中觀察到AGG。特別是，在 800 °C 時平均再結晶晶粒尺寸為 58.6 m（圖 1 k）和 700 °C 時平均再結晶晶粒尺寸為 26.7 m（圖 1）的顯微組織j) 在退火的前 12 分鐘內彼此明顯不同。前者具有AGG，后者主要含有細小的再結晶晶粒，意味著AGG僅在后期退火時發生。此外，前者和后者的樣品中分別有 289 個和 1181 個再結晶晶粒（圖1l），這意味著后者的樣品中發生了更多的形核。{0001} PF 圖顯示，在 700-850 °C 下退火 2 小時會強化織構，而在 700 °C 下退火 12 分鐘會削弱織構。

圖2。順序EBSD IPF映射和它們相應的{0001} PF（泥）在800℃退火的0的持續時間的（a），圖5（b），圖3（c），5（d），圖6之后的同一區域的映射（ e)、7 (f)、10 (g)、30 (h) 和 100 (i) min，其中突出顯示了再結晶晶粒。

圖 2顯示了在 800 °C 下退火不同時間后再結晶晶粒的 IPF 圖。在退火的第一個 5 分鐘后，AGG出現在補丁中。隨著進一步退火（圖 2（c-e）），小的再結晶晶粒不斷出現，一些快速生長，導致 AGG。此外，再結晶晶粒具有鋸齒狀晶界(GBs) 和高達 16 泥的強化紋理。然而，在后面的退火過程中，會形成光滑的 GB 并且紋理減弱到大約 8 泥。

圖3。順序EBSD IPF 子集圖 (a-g) 顯示了在 800 °C 下退火不同時間的AGG的起源和演變（晶粒編號以便于跟蹤）；SIBMGrain 1 的連續 KAM 映射 (h-j)；序列 IPF 圖 (k-n) 顯示 SIBM Grain G 在多個方向上的增長；線 L1-L4 在 (m) 中的迷失方向分布 (o)；退火 10、30 和 100 分鐘后的晶粒 G 的晶粒參考取向偏差 (GROD) 圖 (p-r)，這是由像素相對于同一晶粒中的平均取向的錯誤取向角生成的。

圖 4。順序EBSD IPF映射為組織演變同一樣品中的兩個區域（A1-F1和a2-F2）的在700℃下退火10分鐘（a1和a2），15分鐘（b1和b2），25分鐘后（ c1 和 c2)、30 分鐘（d1 和 d2）、60 分鐘（e1 和 e2）和 100 分鐘（f1 和 f2）；(a1)中區域的BC圖(g)疊加的KAM圖；SIBM 顆粒的 IPF 映射(h) 和 KAM 映射 (i)

圖 5。竣工樣品（A）、樣品（B）在800℃退火2小時，樣品（C）在700℃退火12分鐘的單軸拉伸工程應變-應力曲線（a）；對于三個樣品，分別為：拉伸測試橫截面的事后EBSD BC 圖（b、e 和 h）、IPF 圖（c、f 和 i）和 KAM 圖（d、g 和 j）樣品，以及斷裂表面（k、l 和 m）的 SEM 圖像。

總之，AGG的形成主要歸因于 SIBM 和 SLM CP-Ti 分別在 800 °C 和 700 °C 退火過程中的二次再結晶。適當控制700°C的退火時間可以防止AGG，并可以產生具有弱織構的細小等軸晶粒，從而提高機械性能。這些結果強調了 SIBM 的重要作用，與 PR 在 SLM 合金的再結晶中占主導地位的觀點形成對比 ，并提供了一條避免 AGG 的新途徑，從而獲得更高性能的材料。