《Journal of Materials Science & Technology》：Rapid globularization of additively manufactured Ti-6Al-4V alloy via ordered dislocation structures induced by pulsed current
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•EPT+HT 实现了 LPBF Ti-6Al-4V 的快速球化。•脉冲电流在马氏体晶粒中诱导产生有序位错结构。•预组织位错促进热处理过程中 β 相辅助的层片分裂。•电子 - 声子相互作用可能是位错重排的原因。•EPT+HT 实现了良好的强塑性平衡。引言增材制造（AM）为制造
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EPT+HT 实现了 LPBF Ti-6Al-4V 的快速球化。
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脉冲电流在马氏体晶粒中诱导产生有序位错结构。
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预组织位错促进热处理过程中 β 相辅助的层片分裂。
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电子 - 声子相互作用可能是位错重排的原因。
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EPT+HT 实现了良好的强塑性平衡。
引言
增材制造（AM）为制造几何形状复杂的部件提供了独特优势，特别是对于难以加工的非铁合金，如 Ti-6Al-4V [1]。激光粉末床熔融（LPBF）已成为金属增材制造的主要技术 [2]。然而，由于逐层制造固有的快速冷却和复杂热历史，LPBF 钛合金通常形成具有高错位密度、针状马氏体和沿构建方向排列的柱状晶的微观结构 [3]。这些微观结构特征导致极高的强度但塑性不足。因此，通过后处理提高 LPBF 钛合金的塑性仍然是重要的研究重点。
增材制造钛合金的后处理通常采用多步或循环热处理（HT）来球化 α 晶粒并增强塑性 [[4], [5], [6], [7]]。这些过程主要旨在调制位错行为，因为位错亚结构的演化对于启动晶界分裂（主导球化机制）至关重要。尽管热路径不同，但其潜在机制可提炼为两个互补过程：(i) 通过等温条件下的位错重排促进晶界分裂，以及 (ii) 在热循环期间通过重复的 α ? β 相变引入失配位错——两者均有助于层片状 α 晶粒的逐渐球化。然而，生成必要位错亚结构所需的多循环加热——这似乎对 α 晶粒分裂不可或缺 [8]——通常会引起不良的晶粒粗化，并本质上限制加工效率。因此，有必要开发一种更快速的过程，以诱导 LPBF 钛合金中本征位错的显著活动，并形成有利于晶界分裂的位错亚结构，从而实现层片状晶粒的快速球化。
电脉冲处理（EPT）是一种非平衡处理技术，其特征是在极短时间内输入超高能量。先前的研究表明，EPT 可以调节 Ti-6Al-4V 在不同结构水平的微观结构演化。在晶粒和相组成水平上，据报道 EPT 会影响 α 变体选择 [9] 以及先 β 晶粒的尺寸和形态 [10]。在轧制并退火的 Ti-6Al-4V 中，据报道 EPT 期间扩散受限引起的元素异质性和由此产生的马氏体形态也促进了随后的球化 [11]。在缺陷结构水平上，脉冲电流可以显著增强位错运动并加速原子扩散 [12,13]。具体而言，电流诱导的非热效应，如静电应力 [14]、电子风力 [15] 和电子 - 位错相互作用 [16]，已知可促进位错重排。这提供了一种潜在的途径，通过“利用”LPBF 合金中预先存在的高密度位错来实现位错子结构的预排序，从而避免热处理中通常需要的循环相变和延长的界面迁移。
在本工作中，EPT 被用作缺陷预处理步骤，在随后的短时 HT 之前重组 LPBF Ti-6Al-4V 中初始的高密度位错。EPT 促进了有序层内位错构型的形成和预存在孪晶界附近的局部位错积聚。这些预处理后的位错结构有助于随后 30 分钟 HT 期间的晶界分裂，实现了无需长时间或循环热处理的快速球化。与仅 HT 和循环热处理样品的比较进一步证明了 EPT 在加速微观结构演化和实现良好强塑性平衡方面的独特作用。观察到的位错重排被合理解释为瞬态高温耦合电热场下的电子 - 声子介导过程。本研究提供了双重贡献：它建立了一条微观结构设计的有效途径，同时揭示了耦合电热环境中位错行为的潜在机制。
章节摘要
实验过程
气雾化 Ti-6Al-4V 粉末（直径 15–53 μm）通过 BLT S210 系统进行 LPBF 加工，以制造长方体（50 mm × 10 mm × 10 mm）。LPBF 参数的详细信息见图 1(a) 和补充材料中的表 S1。随建样品被切割成 50 mm × 10 mm × 2.5 mm 的板片以进行进一步加工。所有板片均取自相同的构建高度；观察方向（OD）和拉伸方向定义见图 1(a)。EPT 是
EPT 通过缺陷预处理实现快速球化
图 2 展示了随建状态（AB）、EPT、EPT+HT-30 和 CHT 样品的微观结构特征。AB 样品表现出完全马氏体结构（图 2(a1 和 a2)），并由于 LPBF 期间的快速固化和循环热历史而具有高位错密度（图 2(a3)）。元素图谱确认了普遍均匀的分布（图 2(a4)），与马氏体微观结构一致。EPT 后，晶粒形态和相组成没有明显变化，
结论
本工作建立了一条无需依赖长时间或循环热处理的 LPBF Ti-6Al-4V 快速 EPT+HT 球化路线。EPT 主要作为位错预处理步骤，将初始高密度位错重组为有序层内结构，并促进其在预存在孪晶界附近的局域积聚。在随后 30 分钟的 HT 期间，这些预处理后的位错结构加速了亚晶界形成，β 相
CRediT 作者贡献声明
赖伟：写作 - 初稿，方法论，调查，形式分析，数据整理，概念化。徐晓峰：写作 - 审阅与编辑，监督，方法论，资金获取。于永强：概念化。程刚虎：方法论。付兴国：概念化。刘培坤：软件。陈海洋：监督。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能被认为影响本论文中报告的工作。
致谢
感谢国家自然科学基金（编号 52371030）、国家自然科学基金（编号 52427806）、国家重点研发计划（编号 2022YFB4600503）和吉林省重点研发计划（编号 20230201158GX）提供的资金支持。
赖伟 | 徐晓峰 | 于永强 | 程刚虎 | 付兴国 | 刘培坤 | 陈海洋
