根据3D科学谷的市场洞察，晶粒细化是通过快速冷却速率实现的，这有助于获得更细小的晶粒，从而提高合金的强度。位错堆积则是指在合金的沉积过程中形成的位错被积累在一起，这些位错的存在有助于促进稀土强化相的析出。在WAAM过程中，由于高冷却速率和循环热应力的作用，合金内部形成了大量的位错，这些位错堆积在一起，为稀土元素的析出提供了丰富的核心，从而促进了细小均匀的稀土强化相的高密度析出。
这些高密度析出的稀土强化相，如β′相，具有纳米级尺寸，能够有效地阻碍位错和孪晶的运动，从而显著提高了合金的强度和抗蠕变性。这种强化机制在WAAM制备的合金中尤为明显，因为WAAM技术特有的快速凝固过程有利于形成这种细小且均匀分布的强化相。
近日，上海交通大学轻合金研究所吴国华教授和童鑫助理研究员的研究团队在镁合金领域取得了显著的研究成果。他们重点研究了电弧熔丝增材制造（WAAM）技术制备的Mg-9Gd-3Y-0.5Zr (GW93K) 合金的时效析出行为，并将其与铸造合金进行了比较。这项研究揭示了WAAM制造的GW93K合金具有比铸造合金更高的抗拉强度和延伸率，这主要归功于晶粒细化和位错堆积诱导的细小均匀的稀土强化相高密度析出。借助《WAAM电弧增材》的分享，本期3D科学谷与谷友共同领略关于这一进展对行业发展的价值所在。
▲论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221395672400063X
位错堆积可以被认为是一种纳米级强化面缺陷，它通过阻碍位错运动和促进细小均匀的稀土强化相析出来增强材料的力学性能。”
3D科学谷发现
3D Science Valley Discovery
关键点：
这项研究揭示了WAAM制造的GW93K合金具有比铸造合金更高的抗拉强度和延伸率，这主要归功于晶粒细化和位错堆积诱导的细小均匀的稀土强化相高密度析出。
Insights that make better life
01
研究背景
02
图片解释
▲图 1. 铸态和沉积态 GW93K 合金的微观结构特征：
（a、d）光学和（b、e）扫描电镜显微照片，
（c、f）上述扫描电镜显微照片所对应的 EDS 图
▲图 2.（a）T4 处理前后沉积态和
铸态 GW93K 合金的 XRD 图谱；
（b）相应的扫描电镜显微照片
▲图 3. 沉积态和铸态 GW93K 合金的 EBSD 结果：
（a, d）晶粒形态；（b, e）KAM 图；
（c, f）不同取向角的 GB 分布。
(g)和(h)显示了不同合金中
具有不同取向差的 GB 的占比（%）
▲图 4. GW93K 合金的机械性能：
（a）T4 处理合金的时效硬化曲线；（b）拉伸性能；
（c）拉伸强度和伸长率与其他合金的比较
▲图 5. 用不同方法制备的峰值时效
GW93K 合金的 TEM 组织：
（a、b）分别为铸态合金和沉积态合金的
HAADF-STEM 图像和SAED 图形
(c) 沉积合金中沉淀物的 HRTEM 图像；
(d) (c) 中方形区域的放大图，
内嵌相应的 FFT 图；
(e) 相应的 GPA 图
▲图 6. 沉积态 GW93K 合金在不同时效阶段的
TEM 图像：
（a，d）欠失效；（b，e）峰值时效；
（c，f）过时效；
（g）和（h）分别是峰值时效和过时效下
析出相的EDS图谱
03
关键结论
这项研究系统地比较了铸造和 WAAM 成形的 GW93K 合金之间的差异。结果表明，WAAM 成形的合金具有更高的抗拉强度和伸长率。通过比较两组合金在峰值时效状态下的组织结构，发现除了晶粒细化外，沉积过程中形成的位错堆积诱导了细小均匀的稀土强化相高密度析出，这是 WAAM 样品具有高性能的重要原因。通过对比沉积态合金在不同时效状态下的析出行为发现，在过时效状态下，那些亚稳的β′ 相之间的交界处会形成新的析出相 βM。
WAAM电弧增材 l
上海交大采用电弧增材制造稀土镁合金试样实现卓越性能
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西安交通大学黄科课题组 l 超声辅助电弧熔丝增材制造协同提升镁合金的强塑性
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