在β处理过程中，近α钛合金中层状α晶粒微观结构的演变受冷却速率的调控

《Materials Chemistry and Physics: Sustainability and Energy》：Cooling rate–mediated evolution of lamellar α colony microtexture in a near-α titanium alloy during β processing

成功采用激光粉末床熔融（LPBF）技术制备了不同层厚（30μm和60μm）及悬臂角度（5°-90°）的IN625不锈钢支持自由悬臂梁，系统分析了残余应力、表面粗糙度、微观结构及力学性能。研究表明，悬臂角度减小导致残余应力显著增加，表面粗糙度因 staircase效应和粉末粘附效应加剧，但力学性能保持稳定。支持结构可减少残余应力和表面粗糙度，但会降低延展性。通过优化工艺参数和微观结构调控，实现了低角度悬臂梁的稳定制造，为增材制造复杂几何结构提供了新方法。

　　激光粉末床熔融（LPBF）技术作为增材制造（AM）的重要分支，近年来在制造复杂几何形状方面取得了显著进展。然而，对于倾斜角度小于45°的悬垂特征，其制造仍面临诸多挑战，尤其是在表面粗糙度、残余应力和微观结构等方面。本研究成功地在30微米和60微米层厚条件下制备了IN625材料的无支撑悬垂条，实现了最小倾斜角度为5°和10°。此外，还制备了有支撑的悬垂条以进行系统对比。通过分析残余应力、表面形貌、微观结构和机械性能，研究揭示了层厚和倾斜角度对悬垂条性能的影响。

在制造过程中，由于粉末的导热性较差，悬垂表面容易积累热量，导致热应力增加和变形加剧。研究发现，残余应力随着倾斜角度的减小而增加，这主要是由于热梯度的变化和热传导的不均匀性。表面形貌分析显示，悬垂表面的台阶效应和粉末附着现象在低倾斜角度下尤为明显，而支撑结构有助于减少这些现象。微观结构分析表明，低倾斜角度下的悬垂条呈现出柱状晶粒和等轴晶粒的混合结构，而支撑结构的存在有助于形成更均匀的晶粒分布和更稳定的微观结构。

机械性能测试显示，无支撑悬垂条在拉伸强度方面表现一致，但延展性随着倾斜角度的增加而提高。支撑结构虽然提高了拉伸强度，但降低了延展性，这可能是由于支撑结构对晶粒生长方向的干扰以及残余应力的分布不均所致。此外，支撑结构的去除过程可能引入额外的应力，进一步影响悬垂条的性能。

本研究还探讨了微观结构变化对机械性能的影响。通过电子背散射衍射（EBSD）和显微硬度测试，研究发现无支撑悬垂条的微观结构在低倾斜角度下表现出更显著的晶粒取向变化和残余应力累积。这些变化对材料的强度和延展性产生了显著影响。支撑结构通过改善热传导和减少晶粒生长的不规则性，有助于提高材料的综合性能。

总体而言，本研究为优化无支撑悬垂特征的制造工艺提供了重要参考，特别是在层厚和倾斜角度的控制方面。通过系统分析无支撑和有支撑悬垂条的性能差异，研究为未来在增材制造中减少支撑结构的使用和提高制造效率奠定了基础。此外，研究还强调了残余应力、表面粗糙度和微观结构对材料性能的综合影响，为相关领域的进一步研究提供了方向。