静磁场下激光增材制造中AlSi10Mg晶粒细化的机制

《npj Computational Materials》：The mechanism of grain refinement of AlSi10Mg in laser additive manufacturing under static magnetic field

　　

摘要

在金属增材制造中，调控微观结构，尤其是控制柱状晶与等轴晶结构的转变，对于获得优异的力学性能至关重要。静态磁场在多种合金的激光粉末床熔融过程中促进柱状晶向等轴晶的转变方面展现出巨大潜力，但由于缺乏连接熔池动态与枝晶尺度现象的多尺度分析，其实现晶粒细化的机制至今尚未被完全理解。为填补这一知识空白，我们建立了一个集成建模框架，该框架结合了热电磁流体力学模型以及包含随机形核模型和枝晶碎片诱导形核模型的3D枝晶生长模型，用以研究静态磁场如何促使晶粒细化。由于文献中已有相关实验数据，我们以AlSi10Mg作为示例合金进行研究。模拟结果表明，晶粒细化的主要驱动力并非熔池特性的变化，而是热电磁力作用下产生的枝晶碎片。这项研究为磁场辅助增材制造中的微观结构演变及力学性能优化提供了有益的见解。