Effect of powder bed fusion process parameters on microstructural and mechanical properties of FeCrNi MEA: An atomistic study
在我们的研究中，分子动力学（MD）模拟激光粉末床熔合（LPBF）等摩尔FeNiCr中熵合金（MEA）粉末进行。随着能够在微尺度上打印的较新LPBF技术的发展，需要更深入地了解工艺参数对所制造的FeNiCr MEA产品的微观结构和机械性能的潜在原子效应。根据以前的文献，LPBF工艺的参数已经系统地改变，包括层分辨率从1到6，激光功率从100 μW到220 μW，床温度从300 K到1200 K，激光扫描速度从0.5 μ s/ps到0.0625 μ s/ps。与先前的宏观实验结果一致，原子结果表明，使用较薄层的增材制造比使用较厚层的制造赋予更高的极限拉伸强度（UTS）。然而，后者需要较短的处理时间，但如果激光诱导温度不够高，则会导致小孔缺陷的形成。事实证明，提高温度有助于缓解这一问题。在制备过程中，通过将衬底温度提高到600 K或将激光功率提高到160 μW，观察到多排粉末的UTS增强。然而，超过这些临界极限，由于多个空位的出现，产品的UTS减小。我们目前的研究结果将有助于研究人员在纳米级增材制造产品的生产速度和强度之间找到良好的平衡。
2022-02-17 cond-mat.mtrl-sci
The interplay of local chemistry and plasticity in controlling microstructure formation during laser powder bed fusion of metals
金属部件的增材制造（AM）通过在多个长度尺度上的高设计灵活性和精度以及惊人的机械性能组合，有望实现比传统制造工艺更大的优势。表征微观结构和机械性能之间的关系仍然是这项新技术的主要挑战之一。一个自然的前兆是识别加工路径对发展中的微观结构的影响。我们结合AISI 316L不锈钢的单轨道激光粉末床融合（LPBF）扫描，有限元分析和大规模三维离散位错动力学模拟的实验研究，以提供对导致增材制造金属中异质缺陷结构形成的潜在机制的独特理解。我们的研究结果表明，位错滑移在凝固细胞壁的中断是负责细胞位错结构的形成，突出的增材制造组件的塑性形变的溶质偏析的意义。这项工作提供了一个机制的角度对异质微观结构的形成，并打开了一个可靠的预测增材制造零件的机械性能的潜力。
2022-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Incorporating non-linear effects in fast semi-analytical thermal modelling of powder bed fusion
针对粉末床熔融半解析热模型因线性假设而忽略材料性能温度依赖和辐射热损失的问题，提出低计算开销的非线性修正方法，显著提升了预测精度。
2024-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Effect of varying preheating temperatures in electron beam powder bed fusion: Part I Assessment of the effective powder cake thermal conductivity
使现有EB-PBF工艺参数适应新的粉末材料系统的主要障碍之一是控制预热条件，使得每层粉末导致足够的部分烧结以产生连贯的粉末饼。为了能够理解粉末烧结过程并使其适用于其他材料，我们必须查看粉末床的烧结程度和有效导热系数。深入了解这些特性将有助于定制预热条件，此外，在构建完成后更容易去除/去除复杂部件的粉末，而不会影响预热现象的优势。本研究评估了预热温度对原位粉饼性质的影响。采用三种不同的预热温度（650 °C、690 °C和730 °C）对Ti-6Al-4V粉末块进行预热，并且在每个独立构建中，制造独特的粉末捕获伪影，以便能够使用X射线计算机断层成像分析原位粉末块特性。得到了改变预热温度后的粉饼导热系数的解析模型。结果表明，在给定的预热温度下，粉饼的有效导热系数强烈地依赖于堆积密度、接触尺寸比和配位数。随着预热温度的升高，粉饼的堆积密度（从58.42%到61.87%）、接触尺寸比（从0.45到0.48）、配位数（从3.36到3.58）和有效导热系数（从1.75到2.11 W/m/K）均呈线性增加。
2021-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Micro-cracking, microstructure and mechanical properties of Hastelloy-X alloy printed by laser powder bed fusion: as-built, annealed and hot-isostatic pressed
本研究分析了文献数据，以确定优化的打印参数，并评估了激光粉末床融合打印的Hastelloy-X的固结、微观结构和机械性能。研究了后退火和热等静压工艺对合金显微组织和力学性能的影响。通过热力学相图的计算，预测了该合金的凝固裂纹敏感性和铸态组织，如析出和化学偏析。对于竣工、退火和HIP条件，量化了整个构建中的固化裂纹分布。评估揭示了裂纹密度朝向固体构建的底部、顶部和自由表面的变化。这种分布的裂纹被发现与热梯度和热导率，这是估计由分析热计算。虽然退火和HIP都可以由于恢复和再结晶而改变印刷的微观结构，但是微裂纹和孔隙仅通过HIP成功地去除。除了HIP中的去除、再结晶和沉淀（比退火中更强）之外，还导致最佳的机械性能，包括伸长率从13%大幅增加到20%，极限拉伸应力从965 MPa显著改善到1045 MPa，并且由于沉淀而具有适度高的屈服应力。
2020-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Particle simulation of vibrated gas-fluidized beds of cohesive fine powders
我们使用三维粒子动力学模拟，再加上体积平均气相流体力学，研究垂直振动的气体流化床的罚款，粘性粉末。体积平均间隙气流被限制为一维（1D）。这个简化的模型捕捉到了一维行波的自发发展，这对应于真实流化床中气泡的形成。我们使用这个模型来探测振动和气流结合起来影响粘性颗粒动力学的方式。我们发现，随着气体流量的增加，由振动产生的周期性压力脉动变得越来越明显，而不是直接的冲击，在一个完全流化床，这种脉动几乎是唯一的相关机制。我们证明，振动有助于流化过程中产生大的拉伸应力在瞬态期间，这有助于打破凝聚力组装成团聚体。
2006-08-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effect of Ag nano-additivation on microstructure formation in Nd-Fe-B magnets built by laser powder bed fusion
本研究通过在原料粉末中添加Ag纳米颗粒，利用PBF-LB/M技术制备Nd-Fe-B磁体，发现Ag纳米添加促进了非均匀形核并细化晶粒，改变了晶间相分布，从而显著增强了畴壁钉扎和矫顽力，为永磁体微结构调控提供了新途径。
2025-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Post-Heat Treatment Design of High-Strength Low-Alloy Steels Processed by Laser Powder Bed Fusion
在这项研究中，通过了解工艺-组织-性能关系，对增材制造的含铜高强度低合金（HSLA）-100钢进行了后热处理设计。采用热等静压（HIP）工艺对经激光粉末床熔合（LPBF）处理的HSLA-100钢进行处理，使其气孔率从3%降至1%以下。采用淬火速率法设计了热等静压工艺参数，使热等静压后的马氏体转变量最大。然后，引入循环再结晶的后热处理步骤，以有效地细化晶粒，补偿HIP后的粗化组织。最后，通过显微组织表征和显微硬度优化回火。与完工的HSLA相比，在后热处理期间具有定制的微观结构的HSLA的屈服强度增加了两倍。
2020-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Understanding Mechanical Characteristics of FeNiCrCoCu HEA in Nanoscale Laser Powder Bed Fusion via Molecular Dynamics
在高浓度下使多种主要元素合金化的概念导致了具有优异机械性能的高熵合金（HEAs）的发展，使其成为最近主要科学努力的焦点。具有定制微观结构特征的几何复杂HEA可以使用增材制造技术（例如粉末床熔合（PBF））来生产。然而，在PBF过程中的工艺热条件的影响进行了深入的研究，需要有效地制造具有理想的机械特性的HEAs。因此，在我们目前的分子动力学（MD）研究中，我们已经探索了PBF工艺热条件对FeNiCrCoCu HEA机械特性的影响，通过系统地改变激光扫描速度从0.4 μ s/ps到0.1 μ s/ps，单向和反向激光通过从1到4，激光功率从100微瓦到220微瓦。我们的研究表明，将激光扫描速度降低到0.2 μ s/ps的临界速度可以大大提高机械强度，进一步降低会产生严重的表面缺陷。降低的极限抗拉强度（UTS）与在拉伸应变期间标记早期屈服失效的大块固着位错的湮灭有关。或者，材料的强度可以通过在同一目标区域上进行多次单向激光退火来提高，从而由于更微妙的屈服点而导致增强的UTS。增加激光功率有助于改善材料密度，最终导致更高的UTS，即使在非位错的结构。这些发现将有助于研究人员了解潜在的影响，并优化工艺热参数，以利用增材制造制造卓越的HEAs。
2022-07-17 cond-mat.mtrl-sci
On the relation between microstructure and impact toughness of 17-4__PH stainless steel produced by powder bed fusion laser beam (PBF-LB)
CNRS, INRAE, Centrale Lille, UMR 8207-UMET-Unité Matériaux et Transformations, Université de Lille（法国国家科学研究中心、法国国家农业食品与环境研究院、里尔中央理工学院、材料与转化联合研究实验室（UMR 8207）、里尔大学）；CETIM（法国机械工业技术中心）；EDF R&D（法国电力集团研发部）；R&D MMB, Volum-e（Volum-e公司，机械材料行为研发部）
本研究探讨了PBF-LB制备17-4 PH不锈钢的微观结构与冲击韧性关系，揭示了强度与韧性之间的权衡及微观结构对机械性能的影响。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Edge effects in radial porosity profiles from CT measurements and melt pool signal intensities for laser powder bed fusion
有限的工艺控制可能导致激光粉末床熔融制造的零件中形成冶金缺陷和不均匀的相对密度。在这项研究中，圆柱形15-5 PH不锈钢试样进行了研究，通过计算机断层扫描，它显示了边缘增强的相对密度分布。此外，轴上的监测信号，从记录的熔池的热辐射，被认为是。分析构建过程的整个持续时间的数据导致接近与密度分布相对应的边缘的统计上增加的熔池特征。通过无监督时间序列聚类发现轴上信号中的边缘特定模式。使用有限元法建模来解释观察结果：对于中心和边缘处的示例性点，其示出归因于所选择的激光扫描图案的不同的局部热历史。结果激励一条路线，对未来的设计与局部相关的材料参数的组件。
2022-01-27 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
A spiral laser scanning routine for powder bed fusion inspired by natural predator-prey behavior
通过激光粉末床熔融（LPBF）进行的增材制造提供了材料的多功能性，复杂几何形状的能力，以及对机械性能和微观结构的控制。然而，实现高质量的输出需要考虑局部和全局热梯度的工艺参数。在这里，我们提出了一种新的扫描模式，以减轻由不均匀的加热和冷却引起的零件质量问题。一个自然启发的设计方法，以获得一个螺旋图案源于捕食者-猎物的行为，和功率优化例程应用于保持恒定的熔池深度。比较模拟的热历史的螺旋图案，以完善的锯齿形和螺旋扫描模式，我们建议，螺旋图案显着降低了整个扫描区域的温度的空间变化，而更大的区域仍然高于指定的阈值温度在扫描结束时。因此，螺旋模式是有前途的LPBF的易裂材料，并为未来的LPBF整体优化。
2021-11-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
DEM simulation of the powder application in powder bed fusion
本研究采用离散元方法（DEM）模拟粉末床熔融中的粉末铺粉过程，发现粘附力和范德华力是影响粉末堆积行为的关键因素，且模拟结果与实验定量一致。
2023-10-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microstructure, mechanical properties, corrosion resistance and cytocompatibility of WE43 Mg alloy scaffolds fabricated by laser powder bed fusion for biomedical applications
采用激光粉末床熔融法制备了不同支撑直径的体心立方结构的WE 43镁合金开孔支架。在增材制造过程中充分再现了晶胞的几何形状，并使支柱内的孔隙率最小化。通过热溶液和老化热处理对支架的微观结构进行了改性，并通过X射线显微断层扫描、光学、扫描和透射电子显微镜进行了详细分析。此外，腐蚀速率和支架的机械性能作为支柱直径和冶金条件的函数进行测量。打印支架的微观结构包含富Y氧化物颗粒和富稀土金属间沉淀物的混合物。后者可以通过热处理进行改性。在印刷和溶液处理的支架中发现2-3 mm/年的最低腐蚀速率，并且通过使用等离子体电解氧化的表面处理，它们可以降低到~0.1 mm/年。支架的力学性能随支架直径的增加而提高：支架直径从275 μm增加到800 μm时，支架的屈服强度从8 MPa增加到40 MPa，弹性模量从0.2 GPa增加到0.8 GPa。然而，未经等离子体电解氧化处理的支架在浸泡在模拟体液中时，强度迅速下降。体外生物相容性试验表明，等离子体电解氧化表面处理是必要的，以确保细胞增殖的支架具有高的表面积与体积比。
2020-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Element-Specific Solute Trapping and Grain Structure Evolution during Laser Powder Bed Fusion of Multicomponent Alloys
University of Michigan, Dearborn（密歇根大学迪尔伯恩分校）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；AlphaSTAR Technology Solutions（AlphaSTAR技术解决方案）；University of Michigan, Ann Arbor（密歇根大学安娜堡分校）
本研究通过CALPHAD辅助高斯过程回归相场方法，揭示了多组分合金在激光粉末床熔融快速凝固中元素特异性溶质捕获对形核和晶粒演化的调控机制，并得到EBSD验证。
2026-06-04 cond-mat.mtrl-sci
On the influence of powder particle size on single-track formation in laser powder bed fusion of AlSi10Mg alloy
本研究针对不同粒径的AlSi10Mg粉末开展LPBF单道实验，揭示了粒径对未熔合边界的影响规律，明确了不同佩克莱数下的边界控制参数，并通过吸收率变化解释了相关现象。
2025-07-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Limits of dispersoid size and number density in oxide dispersion strengthened alloys fabricated with powder bed fusion-laser beam
本研究结合实验与热力学动力学建模，探究粉末床熔融-激光束制备氧化物弥散强化合金中弥散体尺寸和数密度的极限，发现碰撞粗化是限制因素，并提出优化加工策略。
2024-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Architectural bone parameters and the relationship to titanium lattice design for powder bed fusion additive manufacturing
钛（Ti）和Ti-6Al-4V晶格的增材制造（AM）已被提议用于骨植入物和增强器械。对于骨应用，Ti和Ti-6Al-4V具有良好的生物相容性、耐腐蚀性和疲劳强度;然而，与人体骨小梁和皮质骨的天然微观和介观结构相对应的Ti-6Al-4V晶格设计的最佳参数尚未得到充分理解。完成了一项全面的综述，以比较人骨中的天然晶格结构与Ti和Ti-6Al-4V晶格结构用于骨置换和修复的特性。Ti和Ti-6Al-4V的晶格孔隙率从15%到97%不等，大多数研究报告的孔隙率在50- 70%之间。皮质骨的孔隙率约为5-15%，孔隙率为50-70%的网格能够实现相当的刚度、压缩强度和屈服强度。报告的骨小梁孔隙率范围为70- 90%，骨小梁厚度为120-200 μm。现有的粉末床熔合技术已经产生了200-1669 μm的支柱和壁厚。这表明Ti和Ti-6Al-4V晶格结构的当前AM与骨小梁结构之间的重叠有限，表明利用晶格化复制天然骨小梁参数具有极大的挑战性。本综述通过确定Ti和Ti-6Al-4V晶格与骨微结构自然参数的对应关系，为知识体系做出贡献，并为解决粉末床融合技术公认的性能差距提供设计和AM建议的进一步指导。
2021-07-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Polymer-bonded magnets produced by laser powder bed fusion: Influence of powder morphology, filler fraction and energy input on the magnetic and mechanical properties
本研究对比了LPBF工艺中片状与球形SmFeN填料的性能，发现片状颗粒会垂直堆积方向排列，可低成本制备各向异性复合材料，同时明确了填料占比、形貌对磁性能的影响规律。
2022-10-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phase Transformations During Continuous Cooling in Inconel 718 Alloys Manufactured by Laser Powder Bed Fusion and Suction Casting
了解合金在连续冷却过程中的相变对于后处理设计和优化非常重要。在这项工作中，连续冷却转变（CCT）图的Inconel 718合金的激光粉末床熔化（LPBF）和吸铸在不同的均匀化条件下的发展。与所报告研究中的可用CCT图不同，未观察到伽马双撇和伽马撇沉淀。NbC和δ被确定为从γ基体冷却后的沉淀物。重要的是，均质化时间和制造方法被发现会影响NbC颗粒附近的基体中的Nb均匀性，从而显著影响具有高Nb含量的δ相的沉淀过程。在具有高Nb均匀性的合金中，形核过程主要贡献于沉淀，而在具有低Nb均匀性的合金中，沉淀主要与生长过程相关。在0.1 K/s的冷却速度下，亚晶形成，并可导致样品中的最高硬度。本文的研究为Inconel 718合金冷却过程中的工艺-组织-性能关系的研究提供了新的视角，对合金后处理策略的制定具有一定的参考价值。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Green laser powder bed fusion based fabrication and rate-dependent mechanical properties of copper lattices
由周期性固体框架和孔隙组成的晶格结构由于其高比强度和大变形而可用于能量吸收应用。然而，这些结构通常遭受屈服后软化，这源于可用材料选择的有限塑性。本研究的目的是解决这个问题，通过制造由延展性纯铜（Cu）制成的晶格结构。首次采用绿光（λ = 515 nm）激光粉末床熔融（L-PBF）制备了Cu晶格结构。结构和显微结构分析证实，晶格结构由定义明确的晶胞组成，并显示出致密的显微结构。在~0.001 /s ~~1000 /s的应变速率范围内研究了该合金的变形行为。应力-应变曲线表现出平滑和连续的变形，没有任何屈服后软化，这可以归因于铜的内在力学性能。与死后显微镜检查相关联，纯铜晶格结构的率相关的变形行为进行了研究和合理化。目前的工作表明，复杂的铜结构可以制造L-PBF与绿色激光和韧性金属制成的晶格结构是适合于动态加载应用。
2022-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Cyclic plasticity and fatigue damage of CrMnFeCoNi high entropy alloy fabricated by laser powder-bed fusion
CrMnFeCoNi高熵合金是高度可打印的，并且具有巨大的结构应用潜力。然而，在以往的研究中，没有显着的讨论循环塑性和疲劳损伤。本研究提供了重要的见解打印过程之间的联系，凝固组织，循环塑性和疲劳损伤演变的合金制造的激光粉末床融合。基于热力学的预测（通过扫描透射电子显微镜（STEM）能量色散X射线光谱（EDX）验证）表明，在所有考虑的打印参数中，Cr、Co和Fe分配到凝固单元的核心，而Mn和Ni分配到单元边界。位错滑移和形变孪晶都是导致塑性形变的主要原因。然而，前者被认为是循环塑性的单一主导机制。表面光洁度有助于显著延迟裂纹萌生，并导致未熔合孔隙成为裂纹萌生的主要来源。最重要的是，扫描策略显著影响晶粒排列和晶粒尺寸，导致对疲劳裂纹扩展的显著影响;特别是，在具有0°旋转的曲折扫描策略中观察到最高的裂纹扩展阻力，这归因于大多数柱状晶粒和沿着裂纹扩展路径的最小晶界间距。
2020-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Knowledge of Process-Structure-Property Relationships to Engineer Better Heat Treatments for Laser Powder Bed Fusion Additive Manufactured Inconel 718
在通过激光粉末床熔融增材制造（AM）生产并经受标准、直接时效和改进的多步热处理的Inconel 718（IN 718）的微观结构内量化位错结构、化学偏析、{γ ^{\prime}、{γ^{ \prime \prime }}、δ沉淀物和Laves相。此外，还记录了仍附着在构造板上的热处理样本与移除的样本的标准热处理。不同的微观结构对室温强度和断裂伸长率的影响。从这些工艺结构性质关系得到的知识用于设计AM-IN 718的在1020 ℃下15分钟的超固溶线固溶退火，随后在720 ℃下老化24小时热处理，其消除Laves和δ相，保留AM特定位错胞，其显示出通过MC碳化物颗粒稳定，并沉淀出致密的{γ^{ \prime }和{γ^{ \prime \prime }}纳米颗粒群。这种“针对AM-IN 718热处理进行优化”的结果是，相对于锻造/增材制造，然后是行业标准热处理IN 718，其性能更优越：无论完工表面光洁度还是机加工表面光洁度，屈服强度、极限强度和断裂伸长率分别相对增加7/10%、2/7%和23/57%。
2019-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dislocation distribution, crystallographic texture evolution and plastic inhomogeneity of Inconel 718 fabricated by laser powder-bed fusion
塑性不均匀性，特别是局部应变，是导致工程合金失效的主要机制之一。研究了Inconel 718合金增材制造过程中微观组织的空间排列和分布及其对塑性不均匀性的影响。特别是，几何必要位错（GNDs）的密度和空间分布和晶体织构组件进行了检查与空间塑性形变。结合显微镜和EBSD进行原位拉伸试验，以了解建成后微观结构的演变及其对空间和时间变形行为的影响。没有层间旋转的双向扫描策略导致<001>由细立方状{100}织构晶粒分隔的粗高斯状{110}织构晶粒<001>的高度有序的交替排列。这种策略还导致具有规则图案的位错（特别是GND）的整体高密度：细晶粒包含非常高的GND密度，而粗晶粒包含较少的GND，但它们被定向为垂直于扫描方向。虽然这种策略导致了各向同性所需的占主导地位的立方体织构，但在塑性形变期间，立方体织构逐渐减弱，并且不期望的戈斯分量增加。与柱状晶粒形态和对齐的GND排列一起，这种织构演化在变形期间引起强烈的塑性不均匀性。用涉及67°层旋转的棋盘策略替换双向策略导致较低的GND密度和晶体织构和GND的更随机的分布，其中主导的立方体组分（和较低的戈斯织构）在整个塑性形变中保持稳定，从而降低塑性不均匀性。
2023-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Demonstration of a laser powder bed fusion combinatorial sample for high-throughput microstructure and indentation characterization
使用具有快速测量的组合样品的高通量实验可以用于以减少的时间、成本和努力提供过程-结构-性质信息。开发这些工具和方法对于增材制造至关重要，因为随着原料材料、增材机器和后处理的进步，增材制造经常需要新的工艺-结构-性能信息。在这里，我们展示了商业激光粉末床熔融系统上生产的组合样品的设计和使用，以研究镍高温合金625的60种不同工艺条件：三种不同条件下的五种激光功率和四种激光扫描速度。组合样品进行了表征，使用光学和电子显微镜，X射线衍射，和压痕，以估计的孔隙率，晶粒尺寸，晶体结构，第二相沉淀，和硬度。压痕和孔隙率结果与常规样品进行了比较。组合样品中的较小尺寸区域（3 mm X 4 mm）与具有类似孔隙率（<0.03%）的较大常规样品（20 mm X 20 mm）相比具有较低的硬度。尽管存在这种差异，但组合样品的晶粒尺寸、晶体结构和孔隙率与激光功率和扫描速度的关系以及硬度与应力消除条件的关系仍存在有意义的趋势。
2021-08-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Cyclic Re-austenitization of Copper-bearing High-Strength Low-Alloy Steels Fabricated by Laser Powder Bed Fusion
首次对增材制造的高强度低合金（HSLA）钢进行循环再结晶，以通过减小原奥氏体晶粒（PAG）尺寸来细化显微组织。在这项工作中，HSLA-100钢处理激光粉末床融合（LPBF）技术进行了几个周期的再结晶淬火法。每个循环的显微组织表征揭示了贝氏体、马氏体和马氏体/奥氏体（M/A）岛的存在。通过对复热曲线和显微组织的分析发现，复热处理后，PAG尺寸减小，马氏体开始转变温度（Ms）降低，贝氏体转变量减少，残余奥氏体含量增加。同时，最高的显微硬度以及组成相的峰值纳米硬度在第2次循环时实现。相反，从第3次循环，显微硬度，以及组成相的纳米硬度，被发现由于PAG尺寸的增加而降低。这种行为与在实现峰值细化之后达到饱和极限的一般趋势相反。研究发现，残余奥氏体可以作为钉扎颗粒，阻碍PAG边界移动，其分数被发现从第3循环减少。因此，在第三次循环之后PAG尺寸的增加可以归因于有效钉扎颗粒的不稳定，以在再结晶期间阻碍PAG边界移动。
2020-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magneto-active composites with locally tailored stiffness produced by laser powder bed fusion
本研究提出单步激光粉末床熔融工艺，通过调控局部激光参数实现磁活性复合材料刚度在2-22MPa范围内的定制，制备的梯度结构驱动器性能优于均质结构，还展示了其在个性化磁响应支架等生物医学领域的应用潜力。
2023-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Laser Powder Bed Fusion of anisotropic Nd-Fe-B bonded magnets utilizing an in situ mechanical alignment approach
本研究提出利用原位机械取向方法，通过激光粉末床熔融一步制造各向异性Nd-Fe-B粘结磁体，无需磁场源，实现了最高0.78的取向度及优异的磁性能。
2023-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of homogenization on precipitation behavior and strengthening of 17-4PH stainless steel fabricated using laser powder bed fusion
有效的后热处理对于在增材制造（AM）部件中实现高性能所需的微观结构至关重要。本文研究了均匀化对17-4PH钢组织-性能关系的影响。在17-4PH钢中观察到NbC、氧化物和ε-Cu的析出。为了设计最佳的后热处理，在1050 ° C下进行不同时间的均质化，然后在482 ° C下老化1小时。结果表明，均质化1小时后再进行时效处理，由于马氏体和原奥氏体晶粒细化，导致强度和塑性的最佳组合。热处理后的合金的拉伸性能得到了改善，超过了传统制造的17-4PH钢。通过对合金微观组织的综合分析，推测合金中的非共格ε-Cu析出相在均匀化过程中溶解，随后在时效过程中以共格富Cu团簇的形式重新析出。本研究表明，使用后热处理改变沉淀行为是一个有效的途径，以显着提高AM合金的机械性能。
2021-12-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Solidification Characteristics of Laser-Powder Bed Fused AlSi10Mg: Role of Building Direction
研究了激光-粉末床熔合（LPBF）成形方向对AlSi 10 Mg合金显微组织演变的影响。如实验制造的零件所示，构建方向可以影响凝固行为并促进胞状枝晶微结构中的形态转变。建立了AlSi 10 Mg合金激光加工过程的热模型，系统地研究了激光加工条件对熔池热特性的影响，为激光加工AlSi 10 Mg合金提供了指导。然后，我们采用了多序参量相场模型，研究LPBF-AlSi 10 Mg在稀释极限的微观结构演变，使用水平和垂直建设方向作为输入的底层热条件。这里采用的相场模型的目的是模拟凝固，允许考虑到形态学现象，包括柱状等轴过渡（CET）从孕育剂颗粒的异相成核。相场模型首先验证对先前开发的稳态CET理论的Hunt \cite{hunt1984steady}的预测。然后，它是用于在瞬态条件下研究微观结构的演变，揭示了形核率是显着较高的水平建造的样品，由于较大的成分过冷度，这是与实验观察相一致。我们进一步量化的局部冷却条件的建设方向的影响，从而对晶粒形态。
2020-03-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Impact of Surface and Pore Characteristics on Fatigue Life of Laser Powder Bed Fusion Ti-6Al-4V Alloy Described by Neural Network Models
University of Notre Dame（圣母大学）；Johnson & Johnson（强生）；Rolls-Royce Corporation（罗尔斯·罗伊斯公司）
在这项研究中，研究了表面粗糙度和孔隙特征对激光粉末床熔合（LPBF）Ti-6Al-4V零件疲劳寿命的影响。使用相同的激光功率但不同的扫描速度打印197个疲劳条。这些作用导致微尺度孔隙的几何形状的变化，并且使用微计算机断层成像来表征这种变化。为了在疲劳棒中产生表面粗糙度的差异，对一半样品进行喷砂处理，另一半进行机加工。疲劳行为进行了分析，相对于表面粗糙度和统计的孔隙。对于喷砂处理的样品，在LPBF策略中的轮廓激光扫描导致了具有不同特征的表面和内部孔的孔耗尽区隔离。对于机械加工的样品，其中表面孔类似于内部孔，疲劳寿命与平均孔径和垂直于应力方向的平面中的投影孔面积高度相关。最后，使用脱落神经网络（DONN）的机器学习模型建立了表面和孔隙特征与疲劳数据（logN）之间的联系，并证明了良好的预测精度。除了预测疲劳寿命外，DONN还可以估计预测的不确定性。
2021-08-28 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.app-ph
Theoretical Ion Sputtering Yields from Loose Powders using a Multiscale Monte Carlo Approach
LATMOS/CNRS, Université Versailles Saint Quentin（巴黎大气、气候动力学实验室/法国国家科学研究中心，凡尔赛圣康坦大学）；Centre National d'Etudes Spatiales（法国国家空间研究中心）；Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP), CNRS, Ecole polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（等离子体物理实验室（LPP），法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）；Department of Science and Mathematics, Fashion Institute of Technology（时装工艺学院科学与技术系）；Columbia Astrophysics Laboratory, Columbia University（哥伦比亚大学天体物理学实验室，哥伦比亚大学）；Memorial University of Newfoundland（纽芬兰纪念大学）；LATMOS/CNRS, Sorbonne Université（巴黎大气、气候动力学实验室/法国国家科学研究中心，索邦大学）；American Museum of Natural History（美国自然历史博物馆）
研究通过多尺度蒙特卡洛方法模拟松散粉末溅射，发现其溅射产率与平整板或粗糙表面显著不同，主要源于粉末中相互连接的孔隙结构影响。
2026-03-10 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Data-Efficient Sequential Learning Framework for Melt Pool Defect Classification in Laser Powder Bed Fusion
West Virginia University（西弗吉尼亚大学）；University of South Carolina（南卡罗来纳大学）
提出SL-RF+框架，结合随机森林、最小置信度采样和Sobol序列合成采样，在数据稀缺环境下高效选择信息样本细化决策边界，提升激光粉末床熔融熔池缺陷分类性能。
2024-11-16 cond-mat.mtrl-sci cs.CE cs.LG
The influence of beam focus during laser powder bed fusion of a high reflectivity aluminium alloy -- AlSi$_{10}$Mg
与其他常用合金相比，铝合金的LPBF与许多挑战相关，因为它们具有更高的反射率和热导率。在这项工作中，工艺图，温度预测模型，XCT，和金相用于建立在AlSi $_{10}$ Mg响应的基础上的高反射率铝合金的工艺参数优化标准，使用57个不同的工艺参数组合- 21个使用聚焦高斯激光束和36个使用发散光束。对于聚焦光束直径<100 μm的LPBF系统，通过散焦到LPBF构建板上方的位置获得的发散光束主要导致传导模式熔池，而聚焦光束导致过渡和小孔模式熔池。传导模式熔化有助于避免小孔模式缺陷，从而产生密度> 99.98%的部件。此外，聚焦光束的激光功率和速度设置的分析模型引导选择有助于稳定过渡熔化模式中的熔池和飞溅动态，从而能够获得接近传导模式密度（~99.98%）的密度值。在这项工作中，导出了无量纲的锁眼数（Ke），以确定不同的区域的传导（Ke 0-12），过渡（Ke 12-20），和锁眼（Ke > 20）模式熔化在LPBF的AlSi $_{10}$。观察到约0.4的熔池纵横比（熔池深度与宽度的比率）是AlSi $_{10}$的传导和过渡/小孔模式熔池之间的阈值，不同于常规假设的0.5。最后，与传导模式熔池相比，观察到过渡/小孔模式熔池的推断的激光吸收率值（从实验熔池）高出>40%。这项工作展示了一个无量纲的过程图方法，以获得近全致密的部分，可以推广为LPBF的高反射率合金。
2022-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Numerical simulation of thermal conductivity of stainless steel and Al-12Si powders for additive manufacturing
本文建立了一个颗粒在尺寸和空间坐标上随机分布的部分熔化粉末床的三维模型。对AISI 316L不锈钢和Al-12 Si粉末在真空、空气和氩气中的温度分布进行了数值模拟，分析了多孔介质中的非稳态传热。数值模型表明，在低导热系数的粉末如不锈钢的情况下，通过气相的热传递的效果很大。当孔隙率为65%或更高时，传热机理发生了急剧的变化，文献中常用的导热系数与孔隙率的线性关系变得不正确。讨论了固结系数和粒度分布对粉末有效传热的影响。所获得的有效热导率对孔隙率和固结系数的依赖性可用于增材制造应用中。
2022-02-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tailoring magnetic hysteresis of Fe-Ni permalloy by additive manufacturing: Multiphysics-multiscale simulations of process-property relationships
本研究提出一种解析粉末的多物理场-多尺度模拟方案，以残余应力为关键纽带关联增材制造过程的多物理演化与磁滞特性，明确了Fe21.5Ni78.5坡莫合金性能对工艺参数的依赖关系，为软磁材料磁滞设计提供指导。
2023-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Designing Homogeneous Ti-Nb-Fe-Sn $β$ Titanium Alloys by PBF-LB: A Pre-Alloyed Powder Blend Strategy
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)（坎皮纳斯州立大学）；Charles University（查理大学）；Federal Institute of Education, Science and Technology of São Paulo (IFSP)（圣保罗联邦教育、科学和技术学院）；Institute of Thermomechanics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院热力学研究所）
本研究通过预合金粉末混合、大层厚重熔及热处理，制备出成分均匀的Ti-Nb-Fe-Sn $\beta$钛合金，并阐明成分变化对晶粒长大和力学性能的影响。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Elasto-plastic residual stress analysis of selective laser sintered porous materials based on 3D-multilayer thermo-structural phase-field simulations
该研究提出粉末分辨的多层FEM相场与热-弹塑性耦合模拟，揭示选择性激光烧结多孔材料中残余应力和塑性应变的演化机制，并建立其与光束能量输入的回归关系。
2024-04-04 cond-mat.mtrl-sci
A multiscale framework for the simulation of the anisotropic mechanical behavior of shale
页岩，像许多其他沉积岩，是典型的非均质，各向异性，其特点是部分排列的各向异性粘土矿物和天然形成的层面。在这项研究中，一个基于晶格离散粒子模型（LDPM）的微机械框架制定捕捉这些功能。材料各向异性是通过页岩内部结构的近似几何描述引入的，其中包括材料性质随取向变化的表示和平行层的显式建模。该模型进行了校准，进行数值模拟，以匹配各种实验数据，包括相关的弹性性能，巴西抗拉强度，无侧限抗压强度。此外，参数研究进行中尺度参数和宏观性质之间的关系。结果表明，弹性刚度，强度和失效模式的加载方向的依赖关系，可以成功地捕获。最后，采用基于场变量渐近展开的均匀化方法对所提出的细观力学模型进行了扩展，并对均匀化模型的性质进行了分析。
2016-08-16 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Predictive modeling of solidification during laser additive manufacturing of nickel superalloys: Recent developments, future directions
与传统制造工艺相比，增材制造（AM）工艺生产的零件具有更好的物理、化学和机械性能。在AM工艺中，复杂的零件几何形状是由多组分合金粉末以逐层的方式通过多道激光熔化、固化和固态相变在较短的制造时间内以最小的表面精加工以合理的成本生产的。然而，越来越需要通过例如应力消除热处理和热等静压对制造的部件进行后处理，以始终实现均匀的微观结构和性能。AM工艺中的凝固控制晶粒的尺寸、形状和分布、生长形态、元素偏析和沉淀、随后的固态相变以及最终的材料性质。这个过程中的关键问题与多物理场（如流体流动和热量和质量的扩散）和多尺度（长度，时间和温度范围）的挑战有关，这些挑战是由于AM加工过程中局部快速加热和冷却而产生的。通过多尺度建模和模拟，将越来越好地理解合金化学-工艺-微观组织-性能-性能在这一过程中的相互关系。
2017-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Laser-scanning of induction-melted Al alloys: are they representative of additively manufactured ones?
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本研究通过感应熔融样品的多路径激光扫描，模拟快速固结以替代定制粉末生产，分析了Al-Ni-Zr-Er合金的微观结构与机械性能，发现其微观结构相似但性能略有下降。
2025-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multiscale Magnetic Correlations in La2Mn2-xNixO6: Role of Crystal Structure in Double Perovskites
Bhabha Atomic Research Centre（巴哈原子研究中心）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Indian Institute of Technology Indore（印度技术学院印多尔分校）
通过多尺度磁性与中子衍射测量，研究了双钙钛矿La2Mn2-xNixO6中晶体结构演变对磁性与电学性质的影响，发现Ni取代诱导了从长程铁磁到自旋玻璃的转变并提高了有序温度，为自旋电子材料设计提供了微观机制见解。
2025-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
