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上海交大《JAC》：激光粉末床熔融制備強塑性匹配的鎂稀土合金！

2022-04-07 16:03:08 作者：材料科學(xué)與工程來源：材料科學(xué)與工程分享至：

Mg-Gd系鎂稀土合金通常要先在高溫下固溶熱處理，再低溫下人工時效處理才能獲得足夠的強度，本文通過激光粉末床熔融（laser powderbed fusion, LPBF）金屬增材制造技術(shù)直接制備了強塑性匹配的Mg-10Gd-0.2Zr鎂稀土合金。優(yōu)異的強塑性匹配來源于打印態(tài)Mg-10Gd-0.2Zr合金的多尺度分級顯微組織：異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)、晶內(nèi)的層片狀亞結(jié)構(gòu)和納米尺寸的析出相。此外，首次在打印態(tài)Mg-10Gd-0.2Zr合金中發(fā)現(xiàn)了大量晶內(nèi)的塊狀β1相的反常析出。上述研究結(jié)果表明LPBF過程獨特的熱和應(yīng)變歷史可用來選擇性調(diào)控析出相的種類、面積數(shù)密度、形貌和分布，從而調(diào)控力學(xué)性能。

上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院輕合金精密成型國家工程研究中心彭立明教授團隊以Mg-10Gd-0.2Zr（G10K, wt.%）為研究對象，研究了LPBF過程獨特的熱歷史對打印態(tài)G10K合金的顯微組織和力學(xué)性能的影響，并和半連鑄態(tài)合金進行對比。打印態(tài)G10K合金的屈服強度、抗拉強度和延伸率分別為203 ± 4 MPa，271 ± 4 MPa和10.3 ± 1.1%，而半連鑄態(tài)合金分別為146 ± 2 MPa，225 ± 5 MPa和7.0 ± 0.1%。上述成果以“Laser powderbed fusion of an age-hardenable Mg-10Gd-0.2Zr alloy with excellent strength-ductility synergy”為題在Journal of Alloys and Compounds期刊上在線發(fā)表，博士生鄧慶琛為第一作者，吳玉娟研究員和重慶大學(xué)張宇副教授為共同通訊作者。

全文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.164863

打印態(tài)G10K合金為細小等軸晶和粗大柱狀晶組成的異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)：細小等軸晶的面積分數(shù)為3.88%，平均晶粒尺寸僅為3.2 ± 1.4 μm，無織構(gòu)；柱狀晶的平均長度和寬度分別為69 ± 28 μm和18 ± 12 μm，柱狀晶內(nèi)部存在層片狀亞結(jié)構(gòu)且呈現(xiàn)較強的基面織構(gòu)；打印態(tài)G10K合金內(nèi)部小角度晶界比例更高，局部應(yīng)變分布不均勻，平均KAM值更大。半連鑄態(tài)G10K合金由均勻的等軸晶組成，平均晶粒尺寸為30.4 ± 15.2 μm。

圖1 打印態(tài)（a-e）和半連鑄態(tài)（f）G10K合金顯微組織表征

圖2 打印態(tài)（a, c, e）和半連鑄態(tài)（b, d, f）G10K合金的XRD宏觀織構(gòu)（a, b）和EBSD表征（c-f）

圖3 打印態(tài)G10K合金中的晶內(nèi)析出相

打印態(tài)G10K合金中存在大量的晶內(nèi)析出相，較大的塊狀β1相和小的透鏡狀β′相聚集分布，β1相的形貌和分布都顯著區(qū)別于傳統(tǒng)峰時效態(tài)Mg-Gd合金（菱形，連接兩個β′相）。打印態(tài)G10K合金中很有可能是先析出較大的β1相，再在β1相周圍析出大量細小的β′相。