近日，我校机械工程与自动化学院曹龙超课题组青年教师高飘博士在激光增材制造TiAl合金工艺与机理研究方面取得了重要的研究进展。相关成果以“Improved formability and microstructure of laser powder bed fusion Ti-43Al-4Nb-1Mo-0.1B alloy with circular beam oscillation”为题发表在工程技术领域中科院一区Top期刊《Journal of Manufacturing Processes》（ISSN：1526-6125）上。该论文的第一单位为武汉纺织大学，第一作者为武汉纺织大学机械工程与自动化学院高飘博士。
Ti-43Al-4Nb-1Mo-0.1B（at.%, TNM）合金具有低密度、高比强度和比刚度、良好的高温抗蠕变和抗氧化性能，是在750~950 ℃应用区间取代Ni基高温合金的重要候选材料。激光粉末床熔融（laser powder bed fusion, LPBF）是一种短流程、低能耗、高柔性的增材制造技术，能够突破传统加工方法对零件形状的限制。然而，由于TNM合金的室温脆性、断裂韧性低，采用LPBF技术成形的TNM合金试样具有较大的开裂敏感性和较差的成形性，且快速凝固导致显微组织偏离平衡态，难以获得优异的综合力学性能，严重制约其工程应用。
为此，本研究采用圆形振荡扫描策略以期改善LPBF成形TNM合金的成形性和显微组织。首先对圆形振荡和非振荡（直线）扫描策略下的冶金缺陷、显微组织和力学性能进行比较分析。然后通过对比分析两种扫描策略下的凝固和冷却过程，揭示了冶金缺陷的抑制机理。研究表明：圆形振荡扫描策略可以消除LPBF成形TNM合金试样中的未熔合缺陷和裂纹。与直线扫描相比，圆形振荡扫描促进硬脆相含量的降低，元素分布更均匀，织构分布相对随机。采用圆形振荡扫描成形TNM试样的屈服强度、抗压强度和极限压缩应变分别为~1165.65 MPa、~1738.03 MPa和~ 13.21%。在圆形振荡扫描策略下，激光作用时间和熔池凝固时间的延长以及湍流的产生使得液体对流更充分，液体扩散增强，进而抑制未熔合缺陷。同时搅拌作用的增强、冷却速率的降低以及温度的均匀分布促进细小等轴晶的产生和脆性相含量的下降，进而抑制裂纹的产生。该研究证实了圆形振荡扫描策略是改善LPBF成形β-γ型TiAl合金的成形性和显微组织的有效方法，为激光增材制造技术制备脆性金属间化合物的工程化应用提供了理论指导。
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【论文连接】：https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2024.08.065
图1两种扫描策略的原理示意图：（a）直线（非振荡）扫描策略；（b）圆形振荡扫描策略
图2 采用圆形振荡扫描策略成形TNM合金试样纵截面的EBSD分析结果：（a~c）Vos=100 mm/s；（d~f）Vos=300 mm/s；（g~i）Vos=500 mm/s；（a，d，g）BC图；（b，e，h）反极图；（c，f，i）相分布图
