增材制制机能高强铝合金正在航空航天复杂布局成形范畴具有主要使用前途。通过稀土元素Sc/Zr改性的Al-Mg基合金展现出了优良的适打印性以及强度-塑性协同能力，正在L-PBF快速熔凝过程中极易发生粗晶区-细晶区呈空间有序排布的双峰布局。日前，华东理工大学增材制制研究团队报道了一种连系激光粉床熔融（LPBF）增材制制熔池温度场数值计较鸿沟前提的高保实元胞从动机（CA）算法，用于切确模仿Al-Mg-Sc-Zr铝合金正在L-PBF过程中晶粒双峰布局的构成和演化，进而通过晶体塑性无限元（CPFEM）方式了材料正在拉伸变形过程中强度取塑性的协同效应；试验研究还表白，该双峰布局具有优良的抗委靡机能，并阐发了正在低应力轮回载荷下表示出的各向同性。针对L-PBF增材制制Al-Mg-Sc-Zr铝合金呈现奇特的双峰布局特点，我们正在充实考虑制制工艺要素、材料要素以及双峰布局的构成取演变机理等耦合前提下，努力于通过建仿照实，可视化L-PBF过程和塑性变形过程中的双峰布局动态变化过程，可为科学阐明这类微不雅布局演变机理供给支持。此中，激光熔池温度场的空间分布特征是双峰布局构成的次要驱动要素，熔池鸿沟快速过冷和大量Al3(Sc/Zr)颗粒的析出可为晶粒供给充脚的形核质点，正在熔池温度梯度和冷却速度的下，晶粒按最优取向发展，而熔池固/液界面的晶粒则留意通过外延发展模式正在温度梯度的标的目的上优先呈现柱状晶形态。我们通过连系温度场驱动力的高保实元胞从动机（CA）算法切确的再现了这一布局演变过程。针对双峰布局正在全体材料塑性变形演变开展的数值计较，帮帮我们进一步摸索了双峰布局正在拉伸准静态加载和委靡轮回载荷感化下的全体力学机能及微不雅组织演变特征。通过对比锻制、打印态和打印后时效态样品的准静态拉伸测试，认为时效态优异的强度劣势归因于快速凝固过程中Al-Mg-Sc-Zr铝合金的晶粒细化效应，以及时效过程中大量Al3(Sc/Zr)二次相颗粒的析出强化感化；使用晶体塑性无限元（CPFEM）算法仿实和计较了这种双峰异质布局的局部应变非平均性及全体布局正在力学机能上表现的各向同性，了细晶区FG和粗晶区CG的空间有序分布对于全体强度-塑性协同效应具有显著的影响；进一步地，通过轮回载荷试验展现了其正在低应力委靡载荷下的全体机能，而正在低应力感化下的委靡寿命展示出的各向同性却取准静态拉伸行为截然相反；此外，该工做也关心并尝试验证了L-PBF激光扫描策略所导致的细晶区、粗晶区空间分布差同性，这种双峰布局的分布策略可通过工艺手段实现人工调控，细晶区、粗晶区正在空间分布上的交织性和排布形式对材料全体的阻裂能力和委靡寿命具有显著影响。图2单激光熔池晶粒发展的数值模仿成果。（a）晶粒发展过程的三维显示；Z-Y平面（b）、X-Z平面（c）和Y-X平面（d）的截面图。图3激光熔池凝固过程数值模仿过程中微不雅布局演变过程的显示图：（a）激光熔池Y-Z截面的微不雅布局演变图，分为六张图，展现了从晶粒形核到完全凝固的过程；（b）激光熔池X-Z截面的微不雅布局演变图，也分为六张图，显示了从晶粒形核到完全凝固的过程。图4（a）通过扫描策略1制备的LPBF样品，平行于BD标的目的的横截面正在侵蚀后呈现法则的鱼鳞描摹；（b）EBSD-IPF地图的鱼鳞区域，反映了颗粒形态；（c）基于扫描间距和粉末层厚度的尝试参数，对多道次和多层熔池凝固后的微不雅布局描摹图进行了数值计较。图5EBSD了老化样品的微不雅布局：（a）反极图（IPF_X）的伪三维视图；（b）三维视图中每个概况的粒度分布图；垂曲于SD（c）、BD（d）和TD（e）标的目的的平面上的EBSD成果（IPF_X和PF图）；（f）图（e）中方框区域的放大图。图6完工和老化样品的TEM阐发：（a）FG区微不雅布局的TEM概览图像；（b）（a）中区域的进一步放大图像，反映FG区域中晶粒的形态和尺寸，箭头凸起显示GB；（c）（b）中蓝色区域的元素构成的能谱；（d）反映了FG区中Al3（Sc/Zr）沉淀物的分布；（e）（d）中区域的放大图，显示沉淀物的外形和尺寸；（f） Al3（Sc/Zr）颗粒通过快速傅立叶变换（FFT）和（e）的逆傅立叶变换显示出相关性。时效样品中Al3（Sc/Zr）沉淀的分布图（h和j）和放大图（i和k）。图7（a）分歧工艺和施工标的目的的样品拉伸机能的工程应力-应变曲线；（b）分歧工艺和施工标的目的样品拉伸机能的实正在应力-应变曲线。图8利用CPFEM对双峰布局RVE模子进行拉伸尝试的数值计较成果：（a）RVE模子沿X或Y标的目的单轴拉伸的工程应力-应变曲线的数值计较；（b）当沿着X标的目的拉伸到（a）中的标签时，对应模子的Mises应力分布云图；（c）当沿着Y标的目的拉伸到（a）中的标签时，对应模子的Mises应力分布云图。图10基于图8b中拉伸模子沿X标的目的的应变数据，按照2%至10%的全体应变变化绘制了沿X标的目的上的平均应变分布。图11（a）正在R=0。1时，具有分歧L-PBF建立标的目的的样品的委靡试验的S-N数据；（b）正在R=0。1和120MPa应力振幅下，采用分歧扫描策略对As时效-V样品进行委靡试验的S-N数据。正在本研究中，我们采用LPBF手艺和随后的HT工艺制备了具有由Al基体的FG区和CG区构成的双峰非平均布局的高强度Al-Mg-Sc-Zr合金。我们利用尝试和数值模仿方式研究了制备工艺对Al-Mg-Sc-Zr合金微不雅组织演变和机能的影响。能够得出以下结论：（1）LPBF Al-Mg-Sc-Zr合金中双峰非平均布局的构成归因于其持续的工艺特征。我们的温度场耦合CA模子无效地模仿了熔化和凝固过程中的异质布局晶粒发展过程，从而深切领会了FG和CG区的异质布局演化机制。具有从导取向的CG区晶粒正在熔池中沿温度梯度标的目的发展。通过取EBSD颗粒IPF图的比力，了我们的CA模子的无效性。（2）拉伸试验，取铸态样品比拟，经LPBF工艺和时效处置的时效样品的强度和塑性有很大提高。我们利用CPFEM方式来计较和阐发双峰异质布局的非平均微不雅布局取宏不雅机能之间的关系。研究了L-PBF过程构成的双峰布局的固有联系中的各向同性。时效样品的双峰布局正在轮回载荷感化下具有优异的抗委靡机能。具有较低伸长率的V标的目的样品的抗委靡性以至更好。这取双峰布局的各向同性亲近相关。此外，分歧扫描策略带来的分歧分布模式的双峰布局的抗委靡机能也有很大差别，值得进一步深切研究。华东理工大学机械取动力工程学院增材制制取智能配备研究所由轩福贞校长于2018年鞭策成立，团队依托上海市高端配备靠得住性手艺协同立异核心等省部级科研平台，持续正在3D打印智能配备创成、高机能金属布局增材制制及使用、复杂功能构型智能设想取3D打印等方面取得一系列科研，取中国航天科工集团四院、中国航天科技集团八院、中国结合沉型燃气轮机手艺无限公司等范畴主要企业院所持续开展增材制制范畴合做和科技，支撑沉点型号配备环节件制制取靠得住服役。李博，博士结业于南京航空航天大学，华东理工大学机械取动力工程学院副传授，博士生导师，智能制制工程系从任、上海市高端配备靠得住性手艺协同立异核心常务副从任、上海市机械工程学会工业智能制制专委会副从任委员。近年来，先后掌管国度/国防省部级科研课题13项、企业合做课题16项。正在先辈制制等范畴国际出名期刊以第一及通信做者颁发SCI学术论文53篇。授权发现专利6件、适用新型专利23件、软件著做权6件。入选上海市东方英才、江苏省双创人才、上海市青年科技启明星打算等。