供稿人：宋海洋、王富 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2022-06-22
增材制造以其良好的成本效益和材料节约的方式受到学术界和工业界的广泛关注。选区激光熔化(SLM)作为一种激光粉末床熔融的增材制造工艺，越来越多地应用于精细结构、复杂形状金属零件的制造，但是在利用该工艺对合金进行制备时，其微裂纹控制方面面临着巨大挑战，本文从切变型相变的角度阐述了增材制造高熵合金的微裂纹抑制机理。
研究表明，经SLM工艺制备的等原子比FeMnCoCrNi高熵合金为稳定的单相面心立方(FCC)结构，因呈现出残余拉应力，因此产生了微裂纹。相比之下，具有低层错能的非等原子比亚稳FeMnCoCr高熵合金在各种激光能量密度下则呈现出残余压应力，且无微裂纹形成。
图1 在不同的VED下，打印时单相等原子FeMnCoCrNi和双相非等原子Fe50Mn30Co10Cr10 (at.%) HEAs的残余应力
图2 打印时HEAs的微观结构和元素分布；(a) EBSD IPF 图；(b，c) S单相等原子FeMnCoCrNi HEA的SEM图像；(d) EBSD IPF 图；(e，f) 双相非等原子Fe50Mn30Co10Cr10 (at.%) HEA的SEM图像；(g-j) 通过EPMA分析得到了打印时双相非等原子Fe50Mn30Co10Cr10 (at.%) HEA中Fe、Mn、Co、Cr元素分布图
从相变的角度来看，SLM过程中FCC基体向HCP马氏体的位移转变有效地抑制了亚稳态高原子力合金通过消耗热应力相关内能而产生的微裂纹。除此之外，还能产生较硬的HCP ε相，从而提高亚稳态HEA的拉伸强度。
图3 不同超视场下SLM试样的拉伸工程应力-应变曲线(a)；VED为185.2 J/mm3时SLM处理不同应变水平下Fe50Mn30Co10Cr10 HEA的EBSD图谱，20%(b1)，25%(c1) and 30%(d1)；以及应变水平分别为20%(b2)、25%(c2)和30%(d2)的相分布图
以上研究结果表明，经激光打印后等原子比FeMnCoCrNi高熵合金显示为稳定的单相面心立方(FCC)结构，出现残余拉应力，并产生微裂纹。相比之下，具有低层错能的非等原子比亚稳 FeMnCoCr高熵合金在各种激光能量密度下均出现残余压应力，且无微裂纹形成。在激光熔化后的冷却过程中，亚稳高熵合金中发生的从 FCC基体相到密排六方(HCP)相的切变型相变消耗了激光打印过程中的热应力，从而抑制微裂纹的产生。此外，相比于单相稳定高熵合金，亚稳高熵合金在拉伸变形过程中马氏体相变也有助于提高其抗拉强度和延展性。