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设计微观结构：一种在多层线材激光金属沉积中实现晶粒细化和各向同性改善的方法

DOI：10.1016/j.msea.2019.138635 期刊：Materials Science and Engineering: A 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 采用高产能方式增材制造金属部件通常伴随高温工艺和缓慢冷却速率，这往往导致沿构建方向形成晶粒尺寸极大的强取向柱状晶组织。因此，沉积态结构通常表现出较低的强度和各向异性的力学性能。为改善这一状况，通常需进行后处理以均匀化并最终提升沉积结构的力学性能。本研究通过精确控制工艺能量来调控增材制造过程中的局部温度分布与冷却条件（这些因素对凝固微观结构具有显著影响），旨在开发一种通过特定激光辐照参数调整来影响铝镁合金线弧激光金属沉积凝固条件的方法。研究发现：在保持热输入恒定的前提下，通过调节激光束辐照强度（该范围对应传导模式焊接条件）可获得沉积态下显著不同的凝固微观结构。当采用接近匙孔模式焊接转变点的高激光束辐照强度时，所得结构呈现均匀的大晶粒凝固组织，在构建方向与沉积方向间表现出约12%的各向异性程度；而使用接近稳定熔化下限的低激光束辐照强度时，则可获得显著细化的微观结构。相较于高辐照强度处理的样品，该方法可使屈服强度提升高达16%，显微硬度提高达13%，同时将沉积结构的各向异性程度降低至2%以下。
作者： M. Froend，V. Ventzke，F. Dorn，N. Kashaev，B. Klusemann，J. Enz
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

一种通过特定调整激光辐照来影响铝镁合金线基激光金属沉积凝固条件的方法开发。

研究成果

在铝镁合金的线基激光金属沉积过程中，对激光束辐照强度进行特定调整会显著影响凝固组织形貌。因此，在保持热输入恒定的前提下，通过调节激光束辐照强度可获得截然不同的微观结构及相应的力学性能。当激光束辐照强度接近匙孔模式焊接转变阈值（设定为最大值）时，会形成均匀的大晶粒外延凝固组织，导致材料呈现各向异性力学行为；而将激光束辐照强度降至接近熔化阈值的最小值，并配合高线材送进速度，则能形成细化的凝固组织，其拉伸力学性能近乎各向同性。激光沉积结构的沉积态力学性能优于O态EN AW 5083变形铝合金，且与电弧增材制造的EN AW 5087合金相当。

研究不足

论文中未明确提及实验的技术和应用限制，以及潜在的优化领域。

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