近期，西北工业大学林鑫教授团队在深刻理解快速凝固理论的根本上，充分发挥激光增材制造的极度工艺条件，以最为常见且价格低廉的AlSi10Mg合金为工具，开拓出一种原位高速重熔策略（HSSR），使得晶粒发生显著的柱状晶→等轴晶转变（CET），同时得到更加细化的晶内胞状亚构造，提高了Al基体中纳米析出相的体积分数，实现了增材制造铝合金的强-塑性打破。制备出的铝合金试样具有精良的表面光洁度以及内部冶金质量；屈从强度为279.5 ± 2.3 MPa，抗拉强度为496.1 ± 5.8 MPa，断裂延伸率为21.4 ± 0.9%，综合拉伸性能在目前已知的所有增材制造铝硅合金及复材中表现最为精良。
干系事情以题为“Achieving superior strength-plasticity performance in laser powder bed fusion of AlSi10Mg via high-speed scanning remelting”的研究论文揭橥在Materials Research Letters上。论文第一作者为西北工业大学材料学院博士生史硕晴，通讯作者为林鑫教授、赵宇凡教授以及杨海欧副研究员，第一通讯单位为西北工业大学凝固技能国家重点实验室。
原文链接：
https://doi.org/10.1080/21663831.2024.2370853
在本事情中，对常规激光选区熔化（LPBF）试样以及高速重熔策略（HSSR）试样进行了比拟研究。通过微不雅观组织剖析可知（图1），非重熔LPBF试样具有强烈的 <100> 织构，Al基体内部析出相不显著。比较之下，HSSR试样的熔池区域边界不明显；等轴晶比例显著提升，呈现出柱状晶-等轴晶稠浊形态，并且GND更多的分布在熔池内部。HSSR策略后，晶粒的 [001] 取向被削弱，各向异性程度显著降落；晶内胞状亚构造的等轴化趋势加强；且Al基体内部弥散分布大量的纳米析出颗粒。通过分布直方图统计数据可知，HSSR策略促进了晶粒以及晶内胞状亚构造的细化和等轴化。
图1 沉积试样的微不雅观组织。（a-a2）（i-i2）带比拟度、反极图和GND分布图；（b）（j）分别对应（a1）（i1）的极图；（c-d）（k-l）晶粒等效直径和长宽比；（e-f）（m-n）胞状亚构造的SEM图像以及长宽比分布图；（g-h）（o-p）Al基体内部析出相的SEM图像以及尺寸分布图。
对两组试样进行了室温拉伸（图2）。与常规的LPBF试样比较，HSSR试样的屈从强度、抗拉强度和断裂延伸率分别提升了27.3%，22.5%和103.8%。比拟图中列举了增材制造外加赞助场、后续热处理、常规重熔、添加强化颗粒平分歧工艺条件下AlSi10Mg合金，以及添加稀土元素改性的高强铝合金的拉伸性能。可知，利用HSSR策略，合金的断裂强度和延伸率同时显著提升，在目前已知数据中表现最为突出。通过对加工硬化指数的进一步剖析可知，HSSR策略试样具有显著的加工硬化能力，且随着拉伸应变的不断提升，加工硬化指数逐渐升高，从而可以得到精良的拉伸强度。
图2 轴向拉伸性能。（a）范例工程应力-应变曲线；（b）轴向拉伸强度-断裂延伸率性能比拟图；（c）真应力/加工硬化率-真应变曲线；（d）不同应变阶段下的加工硬化指数。
本文创造性提出的原位高速重熔策略（HSSR），是一种大略易行、稳定可靠、本钱低廉的调控手段。HSSR策略促进了晶粒以及晶内胞状亚构造的细化和等轴化。通过较硬等轴晶和较软柱状晶间折衷变形，有效缓解了熔池边界的应变局部化，延迟了脱粘，提升了试样延展性；同时晶粒及晶内胞状亚构造的细化、以及Al基体内纳米析出比较例提升，有效改进了加工硬化能力，使拉伸强度提升。这一成果不仅使得增材制造铝硅合金得到了前所未有的拉伸性能，还有望为增材制造其他类型合金的性能提升开辟一条新的技能路子，具有巨大工程运用潜力。
本文来自：Materials Research Letters
