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激光掃描偏轉角度對選區(qū)激光熔融制備FeCoCrNiMn-(N, Si)高熵合金微觀結構和力學性能的影響

941   編輯:中冶有色網   來源:張忠倫,郭林,顧及,王章維,宋旼  
2024-04-02 14:58:10
高熵合金(High entropy alloys,HEAs)是基于最大化混合構型熵的新型合金設計策略所開發(fā)出的一種合金體系[1-4] 高熵合金設計策略最吸引人的特點是它為開發(fā)具有獨特性能的合金提供了廣泛的成分空間[5] 然而,目前高熵合金的制備路線以傳統(tǒng)的熔煉鑄造和隨后的熱機械加工(冷軋和退火)為主[6-7] 而利用傳統(tǒng)方法制備復雜幾何形狀的部件時存在效率低以及實際應用成本高等不足 選區(qū)激光熔融(Selective laser melting, SLM)制備工藝是增材制造技術中的一種粉末床熔融制備工藝 該工藝能夠通過計算機輔助設計模型,自動制備具有精細微觀結構和復雜形狀的部件,而且能夠通過靈活的逐層控制策略調控微觀結構,獲得具有優(yōu)異綜合力學性能的金屬部件[8-13] 為了拓寬高熵合金的制備路徑和優(yōu)化內在微觀結構,許多研究人員力求通過SLM工藝制備高性能的高熵合金 例如,ZHU等[14]通過SLM制備了具有多層級結構的FeCoCrNiMn高熵合金,并獲得了良好的綜合力學性能的 SONG等[15]發(fā)現增材制造的FeCoCrNi-N高熵合金中氮元素的引入能夠誘導異質結構的形成,從而促進了強度和塑性的協同提升 另外,SLM逐層加工、粉末重熔和快速凝固的特點導致凝固前沿存在高的熱能梯度[16] 同時SLM加工過程中的能量輸入和散熱方向受掃描策略的影響,例如激光掃描速度、偏轉角度、功率、層厚等[8, 17-20] 因而SLM的制備工藝影響所制備金屬部件的微觀結構 ALMANGOUR等[18]通過改變SLM的掃描策略來調控TiC/316L不銹鋼納米復合材料的織構,研究表明,可以通過調控掃描策略來優(yōu)化SLM加工過程中的微觀結構和力學性能 CHENG等[17]利用有限元研究了激光束掃描路徑對所構建部件力學行為的影響,結果表明,45°的掃描偏轉角度制備的樣品在X軸方向上的應力分量較低 另外,結合高熵合金多主元概念所帶來的廣闊的成分設計空間和SLM調控多層級微觀結構的優(yōu)勢,能夠為高性能金屬材料的設計和制備開辟新道路 FeCoCrNiMn高熵合金是目前研究最為廣泛的一種面心立方結構高熵合金,即使在極端低溫下(77 K)也具有優(yōu)異的力學性能,但室溫下的屈服強度低[21-22] 間隙固溶強化機制的引入能夠有效提升面心立方結構高熵合金的強度[15, 23-25]
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