《Scripta Materialia》：通过调控残余应力提高增材制造CoCrMo合金的延展性

来源： 浙江工业大学激光先进制造研究院

CoCrMo（CCM）合金通常由面心立方（FCC）和密排六方（HCP）相结构组成。由于其良好的生物相容性和优异的高温力学性能，该合金已成功应用于骨科植入物和航空航天发动机部件。作为主流的增材制造（AM）技术之一，激光粉末床熔融（LPBF）能够以最低的工装成本和材料消耗生产出具有复杂结构的金属零件。研究表明，与传统制造方法相比，LPBF制造的CCM合金具有更高的屈服强度。这种强化机制归因于其独特的微观结构，包括高密度晶格缺陷、密排六方相结构和生成的析出物。然而，密排六方相在FCC/HCP相界面上具有较高的应变局部化倾向，这导致了微裂纹的产生和扩展，最终导致LPBF制造的CCM合金过早失效。

为了克服LPBF制造的CCM合金延展性不足的问题，研究人员探索了多种方法，如采用新的扫描策略、调整化学成分以及进行后热处理来调控FCC/HCP相结构。

本研究提出了一种新的策略，可以有效提高LPBF制造的CCM合金（LPBF CCM）的延展性，同时不降低其屈服强度。通过调整应用的激光加工参数，可以调控残余应力水平。低残余应力水平的LPBF CCM合金在高残余应力状态下表现出广泛的晶格错动，以维持较大的塑性变形，而不是大量的位错增殖和积累，从而避免了严重的应力集中和过早失效的问题。后续进行的低温退火处理研究验证了残余应力对LPBF CCM合金延展性的影响，并进一步将延展性提高至20%。该研究结果为未来的激光加工参数开发和相关的后续热处理优化提供了启示，以制造高性能的LPBF CCM合金。

这项研究成果以题为《Ductility enhancement of additively manufactured CoCrMo alloy via residual stress tailored high stacking fault probability》发表在期刊Scripta Materialia上。

图1. LPBF制造的低能量密度（LED）（a-e）和高能量密度(HED)（f-j）样品的微观结构表征。

图2. LPBF制造的LED和HED样品的拉伸性能。

图3. LPBF制造的LED和HED样品的拉伸变形行为表征。

图4 . LED和HED样品在热处理时的残余应力和拉伸性能演变。