澳洲幸运5app 中南大学 l 完毕650MPa级LPBF增材制造铝合金的强塑协同

发布日期：2026-02-17 10:35    点击次数：114

高强铝合金的选区激光熔融（LPBF）增材制造，面向轻量化结构件具有明确需求，但在获取高屈服强度的同期看守可靠的变形能力，频频受到热历史、冶金瑕玷与残余应力水平，以及多圭臬相/瑕玷结构演化的共同制约。在此配景下，L12纳米析出相与9R等层错相关亚稳结构对热过程与界面环境高度敏锐。二者能否造成可控共存的微结构单位，以及这种单位何如映射到宏不雅力学反映，需要给出实验不雅察与能量学讲授之间的对应关系与相互印证。

中南大学经营团队围绕“工艺调控-组织发祥-界面相互作用-力学反映”的关联进行张开：在总能量输入可比的前提下，通过层间低功率重熔改革热历史与熔池行径，以促进9R 结构的造成与保留；同期联接第一性旨趣规划阐发Mg/Si 偏聚对GSFE 的调控偏激对层错相关结构造成倾向的影响；进一步通过显微表征与原子圭臬模子阐明L12-9R 贯串强耦合的相互经管机制，并在强度宗旨与塑性变形的基础上琢磨9R 等结构对位错畅通的特殊强化孝敬。

相关经营恶果发表在International Journal of Plasticity上，论文第一作家为中南大学余承哲博士生，通信作家为：李瑞迪素质与甘科夫副素质。

论文都集：

https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2025.104595

图2 试样制备经由、力学性能测试及微不雅结构表征：（a）激光粉末床熔融工艺；（b）传统粗拙扫描战略与新式重熔扫描战略细节清晰图；（c）拉伸磨真金不怕火试样取样才智及显微不雅察场所。

中枢收场

l 超高强塑性组合

R-AP 达到451 MPa 屈服强度、21% 延长率；R-HT 达到>660 MPa 屈服强度、近10 % 延长率。同期，文中给出了与传统粗拙扫描后时效气象的对比（S-HT 延长率约 3.7%），用于表征工艺阶梯各异带来的力学性能变化。

图5 室温拉伸力学性能。（a）增材制造铝合金试样在打印态和时效态下的工程应力-应变弧线。(b) 与先前报谈的增材制造铝合金对比，本经营的R-HT试样展现出特等的力学性能，具有超高屈服强度（>650 MPa）和优异的断裂伸长率（接近10%）。(c) S-HT试样与(d) R-HT试样的断裂模式。

l GSFE的能量学撑执

论断指出Si与Mg的引入权贵遏抑SFE，从而在热力学上促进层错造成并撑执了再实验中不雅察到的层错与9R 结构。

图8 基于第一性旨趣规划获取的GSFE。(a) 纯Al、Al-6Mg及Al-6Mg-6Si完好晶体的原子模子。(b) 部分原子沿[11-2]场所搬动造成的SF/nano-twin模子。(c-d)纯Al、Al-6Mg及Al-6Mg-6Si的GSFE弧线与柱状图。(e) 高密度堆垛瑕玷相-9R微不雅结构造成机制的原子模子。

l 重熔原位生成纳米级L12

尽管含Sc铝合金中 L12析出频频被合计需要较万古候的高温时效过程，但本文在重熔战略对应的打印态（R-AP）中，已在基体内不雅察到多半纳米级 L12-Al3Sc 析出体。这一“打印态即析出”的步地与图1所揭示的熔凝过程特征一致：重熔过程通过遏抑峰值热输入并镌汰高温显露时候，使得 L12的形核更易发生且其粗化受到扼制，从而在打印态造成更高密度且更轻飘的 L12纳米析出相。

图1 激光增材制造过程中熔池流体能源学及各相凝固热力学规划的CFD模拟。

l热管理9R存续

在此基础上，L12–9R 的界面贯串关系并非只在后续热管理后才成立。文本琢磨指出，R-AP中既存在较暖热热历史下造成/保留的9R结构，也存在原位造成的纳米L12析出体；这些事前存在的L12大要通过增多L12/9R 界面面积与界面钉扎效应，扼制9R中部分位错反应所导致的层错消除，从而使 9R 的自若化作用在打印态就开动阐扬，并为后续时效阶段造成更粗莽的L12–9R贯串耦合奠定组织基础。

热管理后9R相的存续与其在显微圭臬上与纳米圭臬L12析出相的空间贯串密切相关。对比收场娇傲：S-HT中不错不雅察到L12粗化相，而此前在S-AP 中出现的9R相在热管理后澌灭；违反，R-HT中可同期识别高密度纳米级L12析出相与9R相，且二者在多个区域呈现细腻的空间相近关系，澳洲幸运5指出纳米级L12援救9R相热自若性的热切作用。

在此基础上，通过第一性旨趣规划进一步讲授这种自若性着手：9R结构在L12相关化学环境（L12-Al3Sc界面层）上的造成能权贵低于在α-Al 基体上的造成能（约-0.14eV/atom vs +0.02eV/atom），标明9R在L12邻域从热力学角度更易造成；同期，9R的消除不错通过层错反应使堆垛序列修起为自若FCC，而当9R与L12贯串时，层错消除在能量上变得不利，从而提高9R的执久性。

图9 L12析出物在热管理增材制造铝样品中自若9R相的机制。（a1-a4）S-HT样品中大尺寸L12相。（b1-b4）R-HT样品中纳米圭臬L12析出物与9R相的空间关系。(c) 9R相中层错消除的原子模子。(d) 9R相中包含层错消除的结构造成能与驱动能的第一性旨趣规划收场。

l L12-9R贯串耦合与相互经管

时效过程中L12在9R邻域析出造成“pinning-like”自若化，同期9R相扼制 L12有序结构的长大与并合，体现为“L12扼制9R消除、9R扼制L12粗化连并”的相互作用。

图10 L12相GSEF值的表面规划偏激与层错膨胀的相互作用。(a) L12相的GSFE弧线。(b) L12相在(1-10)原子平面上的差分电荷密度图。(c) 包含α-Al/L12界面的层错膨胀模子清晰图。(d) 相关于完好晶体结构的相对能变化弧线，对应从单SF到9R相的结构演变过程。(e1-e4)纳米级L12析出相辞谢9R相膨胀。

论断阐发

本经营选用逐层激光重熔的LPBF成形战略对Al-Mg-Sc-Zr 合金的组织与力学性能进行协同调控，并联接扫描旅途绸缪与第一性旨趣规划系统阐发其变形与组织演化王法。

收场标明，重熔过程通过晶粒细化、瑕玷均匀化及熔池能源学优化，完毕了优异的强度-塑性组合，为增材制造铝合金的强塑协同提供了可行的工艺旅途。

能量学分析进一步指出，Si与Mg的引入可权贵遏抑层错能，从热力学上促进层错与9R结构的造成，为重熔样品中预存9R的实验不雅察提供表面撑执。尤其在热管理后样品中，粗莽存在的原味生成纳米级L12析出相-9R相贯串耦合结构永诀于传统仅依赖迷漫L12的强化模式：该纳米圭臬互嵌结构在保留L12联系强化的同期，通过相近9R 提供局部塑性合营，并在规划中发扬为L12对9R 堆垛序列的自若化与对层错消除的扼制，从而缓解应力蚁团结促进位错畅通，完毕强度与塑性的同步晋升。此外，在重熔打印态拉伸20%后不雅察到变形孪晶，标明重熔指令的亚结构细化有助于应变去局域化，并在9R的作用下激活特殊变形机制。

值得指出的是，该重熔战略在等效总能量输入下选用更高扫描速率完成重熔谈次，不权贵增多激结拜露时候且不改革铺粉节奏，因此在晋升力学性能的同期可看守成形效劳，体现露面向工程哄骗的践诺后劲。

数据展示

图3 S-AP与S-HT试样中晶粒结构与局部元素散布的多圭臬表征

图4 激光重熔工艺战略在多圭臬下调控增材制造铝合金的显微组织特征

图11 拉伸载荷作用下，打印态与时效态中变形亚结构的演化过程