中外六校联合顶刊丨新型激光增材制造技术实现钛合金晶粒细化和同步增强增韧

传统的增材制造会产生粗柱状晶粒，影响增材制造钛合金的力学性能。为了改善Ti6Al4V的微观结构和力学性能，提出了一种新的集成增材制造技术——振荡激光熔化沉积，包括线性、圆形、8形和无限形。结果表明，激光振荡可以诱导晶粒细化和柱向等轴转变。        

Graphical abstract

在激光无限振荡下，样品的β晶粒尺寸在单径区减小了54.24%，在重叠重熔区减小了42.55%。激光无限振荡后，试样在平行和垂直方向的极限拉伸强度分别提高了16.95%和32.37%，伸长率分别提高了83.60%和13.77%。(10-10)和(11-22)的各向异性也被显著消除。温度变化和热场演化表明，复合振荡改变了流体的流速取向，降低了温度梯度，促进了等轴晶的形核。此外，还揭示了不同激光振荡的强化机理。因此，振荡激光熔融沉积技术可以成为克服增材制造关键瓶颈的新途径。        

       

图1 振荡激光熔化沉积系统

图2 不同振荡激光熔化沉积原理图及实验细节

在本研究中，研究了一种新型的集成增材制造技术——振荡激光熔化沉积，并在线性、圆形、8形和无限四种激光振荡下制备了Ti6Al4V。分析了不同激光振荡对合金显微组织演变和力学性能的影响。

(1)随着激光振荡的增加，柱状晶粒变得更细，并且激光振荡越复杂，晶粒细化和柱向等轴转变(CET)的作用越明显。无限振荡的β晶粒尺寸在单径区减小了54.24%，在重叠重熔区减小了42.55%。无限振荡中HAGB含量在单轨区从80.96%增加到87.29%，在重叠区从79.47%增加到89.63%。

(2)加入激光振荡后，材料的力学性能有所提高，尤其是无限振荡时。拉伸强度在平行和垂直方向分别提高了16.95%和32.37%，延伸率分别提高了83.60%和13.77%。特别是，无限的激光振荡产生了良好的抗拉强度和塑性的结合。

(3)激光振荡可以降低(10-10)和(11-22)的织构强度，消除力学性能的各向异性，特别是无限振荡。

图5 不同t值下，基板上方0.2mm切割平面温度场的不同视图