西工大頂刊：新策略！無需后續熱處理，顯著提升增材制造合金強塑性！
2023-03-14 16:30:02
作者：材料科學與工程 來源：材料科學與工程
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激光粉末床熔融(LPBF)技術為直接快速地生產具有極其復雜幾何形狀和良好性能的金屬部件開辟了新的可能性，已經逐漸在工業界獲得應用。通常通過熱等靜壓(HIP)和熱處理等后處理方法，可實現對沉積復雜構件微觀組織和性能的進一步調控。如何充分地利用選區激光熔化沉積自由度、高效地設計和調控沉積過程、實現在無需后續熱處理下優化沉積構件的組織和性能仍然是本領域的研究熱點。日前，來自西北工業大學凝固技術國家重點實驗室的王錦程教授團隊設計并提出了一種新型的原位重熔打印策略，通過在打印過程中對熔池特征和凝固條件進行調控，不僅優化了沉積合金致密度、形成了獨特的晶體層片組織(crystallographic lamellar microstructures)，而且促進了沉積過程中內在的熱變形和熱處理而誘導了更高的位錯密度和晶粒細化，實現了無需后續熱處理下沉積構件強塑性的顯著提升。相關研究成果以“In-situ tailoring microstructures to promote strength-ductility synergy in laser powder bed fusion of NiCoCr medium-entropy alloy”為題發表在增材制造頂刊Additive manufacturing上。論文第一作者為博士研究生周科璇，通訊作者為王志軍教授，西北工業大學為唯一單位。https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103443
圖1 (a) 預制NiCoCr合金粉及其粒度分布。(b) 原位重熔沉積策略和取樣示意圖。
圖 2 直接沉積(LPBFed)試樣、重熔沉積(LPBF-remelted)試樣、和傳統軋制再結晶試樣的力學性能對比。(a)工程應力-應變曲線圖；(b)加工硬化率曲線圖；(c)加載-卸載-重新加載力學性能曲線圖；(d)基于圖2c計算所得的HDI強化貢獻。
圖3 直接沉積(LPBFed)試樣、重熔沉積(LPBF-remelted)試樣、和傳統軋制再結晶試樣的微觀組織對比。(a-c) 三維光鏡圖像和(d-f)掃描圖像和對應的EDS面掃結果。
圖4 直接沉積(LPBFed)試樣、重熔沉積(LPBF-remelted)試樣、和傳統軋制再結晶試樣的橫截面EBSD組織：(a1-c1) IPF圖，(a2-c2)極圖，(a3-c3)晶粒尺寸分布圖。
圖5 直接沉積(LPBFed)試樣、重熔沉積(LPBF-remelted)試樣、和傳統軋制再結晶試樣的縱截面EBSD組織：(a1-c1) IPF圖，(a2-c2)極圖，(a3-c3)晶粒尺寸分布圖。
圖6 直接沉積(LPBFed)試樣和重熔沉積(LPBF-remelted)試樣橫截面所對應的(a1, b1)晶界分布圖、(a2, b2) KAM分布圖和(a3, b3)再結晶組分圖。
圖7 直接沉積(LPBFed)試樣和重熔沉積(LPBF-remelted)試樣的TEM表征: (a1-a4)和(b1-b4)分別給出了LPBFed和LPBF-remelted試樣中的位錯胞組織、孿晶和層錯組織。(c)和(d)分別給出了LPBFed和LPBF-remelted試樣中的納米顆粒分布和位錯胞胞壁處的EDS線掃結果。(e)高倍下納米顆粒所對應的EDS面掃結果。
圖8 拉伸變形后的直接沉積(LPBFed)試樣和重熔沉積(LPBF-remelted)試樣的EBSD組織：(a1-c1) IPF圖，(a2-c2) 反極圖，(a3-c3)取向差分布圖(分別對應于圖a3-c3中的白色虛線)。
圖9 拉伸變形后(a)再結晶、(b)直接沉積和(c)原位重熔沉積試樣的ECCI表征組織。在~40%拉伸應變下的(d)再結晶，(e1, e2)直接沉積和(f)原位重熔沉積試樣的TEM表征。原位重熔沉積試樣變形后納米孿晶與位錯胞相互作用的典型形態：（g1-g2）納米孿晶切過具有薄壁的位錯胞；（h1-h2）納米孿晶被具有厚壁的位錯胞所阻止；
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