通过固溶温度设计触发激光粉末床熔融WE43合金的超强时效硬化响应

《RARE METALS》：Triggering ultrastrong age-hardening response of laser-powder bed-fused WE43 alloy via solid solution temperature design

激光粉末床熔融制备的镁稀土合金热处理研究表明，400℃低溶处理导致粗大Mg41Nd2Y相形成，500℃高溶处理引发缺陷湮灭降低形核密度，而450℃优化处理通过保留缺陷网络促进剪切β'/β1相和堆垛层错的生成，形成抗位错堆积的界面能垒，实现沉淀强化与异质变形强化协同作用。

　　

摘要

热处理对于优化增材制造部件的性能至关重要。激光粉末床熔融（L-PBF）镁-稀土（Mg-RE）合金因其较高的比强度和自上而下的制造方式，非常适合用于轻量化工程应用。然而，L-PBF制造的Mg-RE合金具有独特的非平衡特性，这使得基于平衡相图或准平衡凝固的传统热处理方法难以对其进行有效处理；这些挑战严重限制了其性能。本研究系统地揭示了固溶处理温度对L-PBF WE43合金沉淀演变和时效硬化响应的独特调控机制。结果表明，固溶处理后晶粒会粗化，异质性增加。在较低的固溶处理温度（400°C）下，原位相部分溶解，但会形成粗大的Mg₄₁Nd₂Y相；在较高的固溶处理温度（500°C）下，沉淀物溶解，但由于缺陷过度湮灭，晶核形成位点密度降低。在优化的固溶处理温度（450°C）下，通过晶格畸变保留了缺陷网络，这使得在时效过程中能够形成可剪切的β′/β₁相和堆垛缺陷（SFs）。这些可剪切的β′/β₁相和SFs会阻碍位错的运动，因为它们形成了反相边界能垒，导致位错在界面处积累并产生强烈的应变梯度。因此，优化的固溶处理结合时效处理能够通过增加可剪切微观结构的密度和晶粒尺寸的异质性，实现更强的沉淀强化和异质变形诱导强化。这项工作阐明了L-PBF WE43合金固溶时效过程中的溶质-缺陷耦合机制，并为L-PBF Mg-RE合金的热处理提供了新的见解。

图形摘要