超声辅助增材制造中不锈钢的晶粒细化

通过基于熔融的增材制造（AM，即3D打印）制备的金属与合金经历复杂的熔化与凝固动力学过程，对晶粒结构的有效控制提出了挑战。本文报道了在316L不锈钢增材制造过程中利用高强度超声控制凝固过程的研究。我们发现，超声的使用有利于柱状晶向等轴晶转变，促进形成具有随机晶体学织构的细小等轴晶。此外，尽管增材制造过程中熔池内的冷却速率和温度梯度相应降低，超声仍使晶粒数密度从305 mm⁻²增加到2748 mm⁻²。我们对晶粒尺寸与冷却速率关系的评估表明，超声增强了增材制造过程中晶体的形成。进一步，超声通过降低熔池主体内的温度梯度，增加了凝固过程中的组分过冷量，从而营造出有利于晶粒形核、长大和存活的环境。这一新认识为更好地利用超声控制增材制造金属制品的晶粒结构提供了契机。