《Scripta Materialia》：通過調控殘余應力提高增材制造CoCrMo合金的延展性

來源： 浙江工業(yè)大學激光先進制造研究院

CoCrMo（CCM）合金通常由面心立方（FCC）和密排六方（HCP）相結構組成。由于其良好的生物相容性和優(yōu)異的高溫力學性能，該合金已成功應用于骨科植入物和航空航天發(fā)動機部件。作為主流的增材制造（AM）技術之一，激光粉末床熔融（LPBF）能夠以最低的工裝成本和材料消耗生產出具有復雜結構的金屬零件。研究表明，與傳統(tǒng)制造方法相比，LPBF制造的CCM合金具有更高的屈服強度。這種強化機制歸因于其獨特的微觀結構，包括高密度晶格缺陷、密排六方相結構和生成的析出物。然而，密排六方相在FCC/HCP相界面上具有較高的應變局部化傾向，這導致了微裂紋的產生和擴展，最終導致LPBF制造的CCM合金過早失效。

為了克服LPBF制造的CCM合金延展性不足的問題，研究人員探索了多種方法，如采用新的掃描策略、調整化學成分以及進行后熱處理來調控FCC/HCP相結構。

本研究提出了一種新的策略，可以有效提高LPBF制造的CCM合金（LPBF CCM）的延展性，同時不降低其屈服強度。通過調整應用的激光加工參數，可以調控殘余應力水平。低殘余應力水平的LPBF CCM合金在高殘余應力狀態(tài)下表現出廣泛的晶格錯動，以維持較大的塑性變形，而不是大量的位錯增殖和積累，從而避免了嚴重的應力集中和過早失效的問題。后續(xù)進行的低溫退火處理研究驗證了殘余應力對LPBF CCM合金延展性的影響，并進一步將延展性提高至20%。該研究結果為未來的激光加工參數開發(fā)和相關的后續(xù)熱處理優(yōu)化提供了啟示，以制造高性能的LPBF CCM合金。

這項研究成果以題為《Ductility enhancement of additively manufactured CoCrMo alloy via residual stress tailored high stacking fault probability》發(fā)表在期刊Scripta Materialia上。

圖1. LPBF制造的低能量密度（LED）（a-e）和高能量密度(HED)（f-j）樣品的微觀結構表征。

圖2. LPBF制造的LED和HED樣品的拉伸性能。

圖3. LPBF制造的LED和HED樣品的拉伸變形行為表征。

圖4 . LED和HED樣品在熱處理時的殘余應力和拉伸性能演變。