Additive manufacturing of alloys with programmable microstructure and properties

微观结构 材料科学 再结晶(地质) 合金 变形(气象学) 融合 工作(物理) 冶金 复合材料 机械工程 古生物学 语言学 哲学 工程类 生物
作者
Shubo Gao,Zhi Li,S. Van Petegem,Junyu Ge,Sneha Goel,Joseph Vimal Vas,Vladimir Luzin,Zhiheng Hu,Hang Li Seet,Darío Ferreira Sánchez,H. Van Swygenhoven,Huajian Gao,Matteo Seita
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:82
标识
DOI:10.1038/s41467-023-42326-y
摘要

In metallurgy, mechanical deformation is essential to engineer the microstructure of metals and to tailor their mechanical properties. However, this practice is inapplicable to near-net-shape metal parts produced by additive manufacturing (AM), since it would irremediably compromise their carefully designed geometries. In this work, we show how to circumvent this limitation by controlling the dislocation density and thermal stability of a steel alloy produced by laser powder bed fusion (LPBF) technology. We show that by manipulating the alloy's solidification structure, we can 'program' recrystallization upon heat treatment without using mechanical deformation. When employed site-specifically, our strategy enables designing and creating complex microstructure architectures that combine recrystallized and non-recrystallized regions with different microstructural features and properties. We show how this heterogeneity may be conducive to materials with superior performance compared to those with monolithic microstructure. Our work inspires the design of high-performance metal parts with artificially engineered microstructures by AM.
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