近日，我校機械工程與自動化學院曹龍超課題組青年教師高飄博士在激光增材制造TiAl合金工藝與機理研究方面取得了重要的研究進展。相關成果以“Improved formability and microstructure of laser powder bed fusion Ti-43Al-4Nb-1Mo-0.1B alloy with circular beam oscillation”為題發表在工程技術領域中科院一區Top期刊《Journal of Manufacturing Processes》（ISSN：1526-6125）上。該論文的第一單位為77779193永利官网，第一作者為77779193永利官网機械工程與自動化學院高飄博士。
Ti-43Al-4Nb-1Mo-0.1B（at.%, TNM）合金具有低密度、高比強度和比剛度、良好的高溫抗蠕變和抗氧化性能，是在750~950 ℃應用區間取代Ni基高溫合金的重要候選材料。激光粉末床熔融（laser powder bed fusion, LPBF）是一種短流程、低能耗、高柔性的增材制造技術，能夠突破傳統加工方法對零件形狀的限制。然而，由于TNM合金的室溫脆性、斷裂韌性低，采用LPBF技術成形的TNM合金試樣具有較大的開裂敏感性和較差的成形性，且快速凝固導緻顯微組織偏離平衡态，難以獲得優異的綜合力學性能，嚴重制約其工程應用。
為此，本研究采用圓形振蕩掃描策略以期改善LPBF成形TNM合金的成形性和顯微組織。首先對圓形振蕩和非振蕩（直線）掃描策略下的冶金缺陷、顯微組織和力學性能進行比較分析。然後通過對比分析兩種掃描策略下的凝固和冷卻過程，揭示了冶金缺陷的抑制機理。研究表明：圓形振蕩掃描策略可以消除LPBF成形TNM合金試樣中的未熔合缺陷和裂紋。與直線掃描相比，圓形振蕩掃描促進硬脆相含量的降低，元素分布更均勻，織構分布相對随機。采用圓形振蕩掃描成形TNM試樣的屈服強度、抗壓強度和極限壓縮應變分别為~1165.65 MPa、~1738.03 MPa和~ 13.21%。在圓形振蕩掃描策略下，激光作用時間和熔池凝固時間的延長以及湍流的産生使得液體對流更充分，液體擴散增強，進而抑制未熔合缺陷。同時攪拌作用的增強、冷卻速率的降低以及溫度的均勻分布促進細小等軸晶的産生和脆性相含量的下降，進而抑制裂紋的産生。該研究證實了圓形振蕩掃描策略是改善LPBF成形β-γ型TiAl合金的成形性和顯微組織的有效方法，為激光增材制造技術制備脆性金屬間化合物的工程化應用提供了理論指導。
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【論文連接】：https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2024.08.065
圖1兩種掃描策略的原理示意圖：（a）直線（非振蕩）掃描策略；（b）圓形振蕩掃描策略
圖2 采用圓形振蕩掃描策略成形TNM合金試樣縱截面的EBSD分析結果：（a~c）Vos=100 mm/s；（d~f）Vos=300 mm/s；（g~i）Vos=500 mm/s；（a，d，g）BC圖；（b，e，h）反極圖；（c，f，i）相分布圖
