由于具有自由成型和制造過(guò)程快速的優(yōu)點(diǎn)，增材制造（AM）展現(xiàn)出了巨大的科學(xué)價(jià)值。在眾多增材制造合金中，316L不銹鋼（316LSS）因其應(yīng)用范圍廣和力學(xué)性能突出而受到廣泛關(guān)注。其優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度主要得益于胞結(jié)構(gòu)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈阻礙以及Hall-Petch強(qiáng)化作用，而較大的延伸率與位錯(cuò)和胞結(jié)構(gòu)相互作用產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的加工硬化作用有關(guān)。因此，胞結(jié)構(gòu)對(duì)于獲得優(yōu)異的拉伸性能具有至關(guān)重要的作用。

迄今為止，大量研究主要報(bào)道的是增材制造合金的單調(diào)變形行為。然而，工程材料在服役時(shí)通常受循環(huán)載荷作用而不是單調(diào)載荷，且目前關(guān)于疲勞性能的數(shù)據(jù)十分有限。研究胞結(jié)構(gòu)對(duì)增材制造合金疲勞行為的影響，尤其是基于位錯(cuò)理論分析變形機(jī)制尚處在研究前沿。

近日，來(lái)自瑞典林雪平大學(xué)和中科院沈陽(yáng)金屬所等單位的研究人員通過(guò)開(kāi)展室溫高周疲勞試驗(yàn)，對(duì)比分析了含/不含胞結(jié)構(gòu)增材制造316LSS樣品的疲勞性能和位錯(cuò)組織等，揭示了胞結(jié)構(gòu)在循環(huán)變形中的作用。

圖1.（a-c）未退火和900℃/1050℃退火樣品的總應(yīng)變范圍-循環(huán)次數(shù)關(guān)系；（d）總應(yīng)變范圍-歸一化循環(huán)次數(shù)（N/Nf）關(guān)系；（e）圖1（d）中歸一化循環(huán)次數(shù)在0.2以內(nèi)的曲線放大圖；（f）未退火和1050℃退火樣品達(dá)92%疲勞壽命時(shí)的滯后回線；（g）總應(yīng)力范圍-失效循環(huán)次數(shù)關(guān)系。

借助掃描電子顯微鏡（SEM）和背散射電子衍射（EBSD）發(fā)現(xiàn)，含/不含胞結(jié)構(gòu)的樣品變形前后晶粒取向、大小和形狀變化不大，如圖2所示。然而，通過(guò)透射電子顯微鏡（TEM）分析發(fā)現(xiàn)，這兩類(lèi)樣品變形后的主要位錯(cuò)組織有所區(qū)別。如圖3和圖4所示，完全胞狀樣品變形后觀察到了平面位錯(cuò)組織，如滑移帶（SB）、堆垛層錯(cuò)（SFs）和變形孿晶（DTs），而在不含胞結(jié)構(gòu)的樣品中出現(xiàn)了條紋狀和（或）胞狀位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)。

圖3.未退火樣品變形后的TEM明場(chǎng)照片，包括（a, b）滑移帶（SB），（c, d, f, g）起源于位錯(cuò)墻的大量堆垛層錯(cuò)（SFs）和（e, h）一些變形孿晶。（i）納米孿晶束和孿晶界（黃線）原子結(jié)構(gòu)高分辨透射電子顯微（HRTEM）照片。

圖4. 1050℃退火樣品變形后的TEM明場(chǎng)照片。（a, b）位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)如位錯(cuò)胞和位錯(cuò)條紋；（c-e）位錯(cuò)胞放大照片，包括致密位錯(cuò)網(wǎng)；（f）少量SFs。

總之，作者報(bào)道了胞結(jié)構(gòu)對(duì)增材制造316LSS疲勞行為的影響。胞結(jié)構(gòu)的存在將促進(jìn)平面滑移系的開(kāi)動(dòng)和誘導(dǎo)形成平面位錯(cuò)組織如SFs和DTs，引起不均勻的應(yīng)變累積，從而促進(jìn)疲勞變形。