文/大壮实验室

前言

严重变形 是一种重要的金属加工方法，通过对材料施加高应变率来实现材料的细化和增强。

LpbFALS10MG合金 作为一种重要的结构材料，其在工程应用中广泛使用，然而，在严重变形过程中，材料中的堆叠断裂､脱位和晶界特征对其性能产生了显著影响。

因为 LpbFALS10MG合金 ，是一种具有良好力学性能和化学稳定性的结构材料，广泛评价航空航天、汽车制造等工程领域。

并且在材料设计和性能优化中，了解 断裂、脱位和晶界 等结构特性对于提高材料的机械性能至关重要。

胶原 作为一种重要的组织胶物质，被认为在材料的断裂韧性、脱位运动和晶界稳定性方面具有重要作用。

所以，我们通过分析 冶金工艺 的角度，来揭示严重变形LpbFALS10MG合金中堆叠断裂､脱位和晶界的强化作用｡

一、3d印刷的铝硅合金

谷物精炼 是一种广泛应用于，死角关系的金属和合金有效强化方法，它是各种物理冶金过程的固有结果，如凝固､塑性变形和再结晶。

然而，这些 冶金工艺 通常会导致一些微米级的粒径，所以对于亚微米或纳米尺寸的颗粒，采用了基于严重应变积累的替代技术。

这种严重的 塑性变形 ，是一类金属加工技术，涉及在相对较低的温度下，施加极高的应变，这些工艺旨，在将块状粗粒材料转化为具有优越性能的超细或纳米粒材料。

近年来，3d印刷的 铝硅合金 ，由于其优异的机械性能和独特的功能性能，一直吸引着材料科学家｡

这组合金，主要是以 ASS10MG合金 为代表，该合金是研究最多的DMLM合金，可能是由于其易于加工。

合金的微观结构，表现出与 铸造合金 不同的成分异质性，它包括由坚固的共晶硅网络所包围的精细的细胞-铝晶粒｡

这一共 晶硅网络 ，具有双重目的，它阻碍位错移动，同时增加材料强度和促进有效的位错存储｡

而变形的 粗晶粒铝 及其合金，很少出现这种情况，因为铝具有较高堆叠断层(SFS)，在影响裂变脱位行为中起着双重作用｡

一方面，它们起着屏障的作用，减少了平均自由的 脱位路径 ，阻碍了它们的运动，另一方面，SFS作为相互作用和存储的位置，为它们的积累提供便利｡

到目前为止，两霍尔-死皮强化和沉淀硬化，在加强 DMLMALS10 毫克部分中起着主导作用，在这些机制中，位错强化对改进DMLMALS10MG合金的力学性能具有重要作用｡

以往的研究忽略了 堆叠断层 的重大影响，事实证明，它们对铝合金的力学性能有重大影响｡

了解堆叠故障介质强化的作用，对提高DMLM-Al-SI合金的 力学性能 至关重要，特别是考虑到对将三维印刷，与塑性变形过程相结合的混合制造技术的兴趣越来越大。

对一种具有 多层异质组织 的DMLMALS10MG合金，进行了塑性变形，以提高其强度，为了达到这一目的，我们开发了一个两级后处理程序，包括短退火相。

然后一个单通 等通道角压 加工，考虑到DMLM合金独特的异质组织，短退火相的目的，是在保持异质性的同时部分消除残余应力｡

在100℃时，ECAP处理阶段的目的，是操纵合金的 晶粒尺寸 ，同时维持细胞硅网络，以保持相当大的储存，几何上必要的位错(产生以适应塑料应变梯度)，这有助于增加硬化应变｡

显微组织 和力学性能评价的电子显微镜特征，进一步阐明了其微观结构与所产生的力学性能之间的关系，同时也考察和分析了所加工的铝合金的强化机理｡

二、聚焦离子束切割技术

在可持续土地管理材料，320℃的实验室 干燥机 中，退火9分钟，随后加工成14.75×14.75×60mm的长方体形状｡

ECAP过程之前，我们要对试样进行预加热，并迅速将其插入 ECAP模具 ，其通道角为90度，外曲角为20度｡

这些样品，在100℃时按了一次采用 石墨润滑剂 ，来减少钢坯与模具壁之间的摩擦，利用聚焦离子束切割技术，制备了用于透射电镜研究的薄板｡

在 纤维膜 制备过程中，用GA离子多次研磨，最终厚度约120纳米，沿制造方向(HP320)和挤出方向(HP320E100)切割透射电镜层板｡

利用 泰坦80-300 ，具有透射电镜，高分辨率透射电镜，能量色散X射线光谱(EDS)能力的飞S/透射电镜进行的｡

显微镜 是在300千伏的加速度电压下操作的，为了进一步分析电子衍射图案，使用了数字显微镜和晶体箱(晶体工具箱)软件｡

利用传输基 口子衍射 ，绘制了透射电镜层状样品的晶体方向图，这一映射是在一个在30kV操作的，步进尺寸为20纳米的ZEIS，上35扫描电子显微镜上进行的｡

我们用 X射线衍射 ，分析法测定了晶粒尺寸和位错密度，衍射测量是在两个范围内进行的，范围为20~120°，每一步的步长为0.01°，计数间隔为5s｡

在室温条件下，利用ZWWC100通用 拉伸试验机 ，进行了张力试验，用次尺寸样品进行试验，从两个不同的方向进行提取，沿构建方向(HP320样)和挤出方向。

这些样品具有特定尺寸，包括直径6.3毫米和规格长度25.4毫米， 拉伸试验机 通过EbSD分析，研究了建成后的 ALS10毫克 样品中颗粒的大小和方向｡

三、不同的模式的等轴颗粒

微观结构 上有明显的空间变化，在激光扫描痕迹中，可以看到较大的等轴颗粒，这些颗粒呈现出更加均匀和清晰的形状，表明冷却率较低｡

相反，更细的颗粒，主要位于 激光扫描 痕迹的边缘，表明直径小于10的晶粒，约占总分数的57-1.1%｡

根据分配，给不同颗粒的 GS值 ，揭示了不同的模式，根据平均晶粒取向与晶粒中每个点的晶粒取向的偏差，计算出每个晶粒的总重｡

显示相对较低的GS值(<2℃)的颗粒，是 重结晶颗粒 的指示，根据地理位置分布直方图，显然，GS值为<2的谷物占很大比例，约70%｡

值得注意的是，这些 结晶颗粒 ，主要局限于激光扫描轨迹边界内，表明在这些区域发生了大量的再结晶｡

相反，在 激光扫描轨 迹内部，大多数颗粒显示较高的GS值，意味着较高的位错密度和通过颗粒存储的能量量 20 。

晶体学方向 为主的亚微米微结构的存在，由制造过程产生的独特的微结构特征，如扫描跟踪边界，在ECAP处理后消失了｡

这种晶粒尺寸的细化既归因于简单的 剪切变形 ，也归因于复杂的应变路径，最终导致高密度的脱位积累｡

铝的 高堆叠断裂 能量(SFE)，提高了交叉滑移辅助位错运动的能力，导致了低方向角的亚晶粒或位错壁的形成｡

晶粒取向分布直方图表明，74%的 亚晶粒 具有"变形"特征，26%的亚晶粒是动态再结晶(DRX)晶粒｡

在较大的粮食中分布着相对较大的方向，表明了 亚粮食结构 的发展，这也意味着位错滑优先发生在较大的晶粒中，而在较小晶粒中晶界滑动占主导地位。

我们还进行了 透射电镜 分析，以更好地了解DMLM铝合金的组织演变，揭示了在Lpbf过程中，由于快速冷却速率和热应力，而产生的具有高密度原有位错网络的柱状细胞｡

柱状细胞 边界(0.5~0.8米宽)，由随机定向共晶硅颗粒构成网状结构，结合萨伊德模式，确认互联的富硅共晶结构的存在｡

HT320条件下，铝10mm合金具有代表性的 视野显微镜 ，具有代表性的暗场透射电镜图，在HP320条件下，显示细胞边界处的硅颗粒。

跨细胞边界 ，我们观察到的类似对比可以进一步得出结论，即相邻细胞间的方向错误角通常很小。

单个晶粒内的 相邻细胞 ，具有密切匹配的晶体方向，方向偏斜角约为0.6%度，对细胞和晶粒结构的比较表明，细胞的大小至少比晶界尺寸小一个数量级。

视野透射电镜图像，清楚地显示了组织的 亚微晶 性质，微观结构发生了显著的改变，其特点是位错密度明显增加，出现了一个带边界的条状结构，似乎有一个平行的方向。

展示了在高倍镜下，处理的样品的 微结构 特征，在铝/硅界面的邻近区域的子晶界，具有明确的定义性，表明其高度的方向错误｡

此外，在Al/si接口区附近发生了严重的 位错堆积 ，这表明，铝/硅界面能够有效地阻止位错运动，防止位错穿透其界面，从而提高了机械强度｡

更仔细的检查，发现了一个由 密集位错壁 (DDW)形成的亚晶界，这意味着由ESD观察到的拉格布斯是由DDws组成的。

这些ddws被明确定义为几何必要边界，这是一种由变形引起的 位错边界 ，这是铝合金经ECAP后的微观结构特征，其主要软化机理是动态恢复｡

同时，还利用 基库奇传递衍射仪 (TKD)，详细分析了HT320E100电子束的晶体信息， 确认了该材料的微观结构，由200~500纳米厚的细长亚晶粒组成，并与挤出轴平行｡

由于LpbFEPC处理的 ALS10MG合金 ，存在堆叠故障，强度增加约35Ma，这种强度水平的增强是很容易实现的。

因为双胞胎和堆叠断层形成的材料高SFE，观察到由于 Al-CTT复合材料 的堆叠缺陷，而显著增强｡

在ECAP过程中，发生了 晶粒精炼 和局部修饰，DMLM合金的YS含量增加，但令人惊讶的是，其延性并没有显著下降｡

有四个主要因素，有助于提高加工后的 DMLMALS10MG样品 的优良性能，该合金的优越性能的主要机制是位错强化｡

硅细胞边界 ， DMLMALS10MG样品 作为材料内的固定障碍，有效地提高了位错密度，这种增强的位错密度促进更有效的晶粒精炼。

因为材料经历变形，这是另一个重要的强化机制，尽管在ECAP过程中， 谷物精炼 的主要机制是脱位活动｡

高剪切变形，材料中不变形的 硅粒子 的存在不能低估，细胞边界，引起应变定位和应力集中，导致形成了具有较高方向错误角的亚晶界。

随着进一步的变形，在动态再结晶(DRX)过程中，这些具有中方向错误角的 亚晶界 ，将会转化为高角晶界｡

在辅助文件中， 细胞网络 没有受到ECAP剪切变形的显著影响，组织稍粗化，但集成电路的连续性主要得到保留｡

关于 DMLMALS10MG合金的异质细胞结构，导致了 高异形应力 ，这是因为软离子-铝矩阵的边界和SI细胞之间的机械强度，有很大的差别。

富Si共晶网络 的内部相位应力，明显高于正铝细胞内部，从而对整体流动应力做出了重大贡献｡

此外， 硅细胞 的边界(具有高位错密度和溶质分离)有效地阻止位错运动(GNDS在界面上累积)，并导致更高的屈服强度和应变硬化率｡

在部分断裂的 硅网络 情况下，统计储存的脱位，可以通过不连续的颗粒阵列，从一个电池到另一个电池，而这反过来又使聚集的应力大大降低，并提高合金的延性｡

四、结论

通过对 严重变形LpbFALS10MG合金 进行冶金工艺分析，揭示了堆叠断裂､脱位和晶界在强化材料性能方面的重要作用｡

热处理 、塑性变形和退火等冶金工艺，能够显著改善合金的力学性能和韧性，此外，严重变形过程中积累的脱位，也对材料的性能产生了影响｡

这些研究结果，为进一步优化 金属加工工艺 和设计高性能合金，提供了理论和实验依据｡

低角度边界 ，金属加工工艺占显著比例，约占整体边界分数的78%｡拉格布斯的出现意味着晶格的旋转，这与位错的运动和乘法有关｡

我们为了证明颗粒的 破碎性 ，绘制了几何上必要的分布图，正如可以看到的那样，全球定位系统，接口的位置与拉格布斯的位置完全一致，特别是那些最低方向错误角的位置｡

这表明，在变形过程中，全球定位系统会转化为 拉格布 ，由于可能存在显著的方向梯度，有理由预期在Al/SI接口附近有更大的几何上必要的位错积累｡

然而，由于铝和硅的晶格都具有立方结构，因此很难通过 电子反散射衍射 (EBSD)来区分铝和硅｡

它们的 反极图 同时被记录下来，将硅的微观结构和铝的微观结构合并在一起，尽管如此，在塑性变形过程中，这些硬硅颗粒和软的正铝基之间，应变不相容性是通过产生GDS来实现的｡

这些脱位是形成地下结构的强大动力，在 Lpbf合金 的情况下，值得注意的是，细胞边界的强度，超过了FCC-正交铝矩阵｡

所以当合金经历了显著的 塑性应变 时，其界面附近就会出现局部应变梯度，相应地，在界面生成并积累了全球升温点，以适应这种应变梯度，最终产生异种变形引起的强化｡