Deep learning prediction of stress fields in additively manufactured metals with intricate defect networks
在增材制造（AM）金属中普遍存在缺陷的背景下，需要高效的计算工具来快速筛选AM微结构的机械完整性。为此，使用深度学习方法来预测含缺陷金属微结构图像中的弹性应力场。使用基于高分辨率快速傅立叶变换的有限元（FFT-FE）计算生成由100，000个随机微结构图像的应力响应组成的大数据集，然后将其用于训练修改的U-Net风格的卷积神经网络（CNN）模型。与替代的CNN架构相比，经过训练的U-Net模型更准确地预测了应力响应，超过了低分辨率FFT-FE计算的准确性，并且可推广到具有复杂缺陷几何形状的微结构。该模型被应用到图像的真实AM微结构与严重缺乏融合缺陷，并预测一个强大的线性增加的最大应力作为孔隙分数的函数。总之，所提出的CNN提供了一种有效和准确的方法来预测含缺陷的AM微结构的结构响应。
2021-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Domain-wall energy governs coercivity in ordered and disordered additively manufactured Fe--49Co--2V
University of Manitoba（曼尼托巴大学）
本研究通过校准锻造Fe--49Co--2V的有序参数，证明增材制造合金的额外矫顽力源于保留缺陷而非B2有序化，从而将工艺优化转向构建中的缺陷控制。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic study on cooling rate induced nanoindentation properties of Additively Manufactured Inconel-718
本文通过原子尺度纳米压痕模拟，研究5–100 K/ps及指数冷却对增材制造单晶和多晶Inconel-718硬度、位错与微观结构的影响。
2023-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the mechanical behaviour of additively manufactured metamaterials with twinning and meta-harmonics
本研究揭示了孪晶使BCC晶格从弯曲转向拉伸主导，提升刚度与强度，并受双峰谐波微观结构启发设计元谐波晶格，通过控制孪晶界异质分布放大局部轴向应变能，使刚度进一步增强206%，释放了多孔材料潜力。
2025-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Computational study on microstructure evolution and magnetic property of laser additively manufactured magnetic materials
增材制造（AM）为直接从粉末前体快速生产复杂形状的零件提供了前所未有的机会。但它在功能材料，特别是磁性材料方面的应用还处于起步阶段。在这里，我们提出了第一次尝试计算研究的微观结构演变和磁性材料（如铁镍合金）的选择性激光熔化（SLM）处理。采用有限元法计算了SLM工艺在Fe-Ni合金中产生的热历史，并由此计算了合金中的残余应力分布。利用有限元分析得到的温度信息和相图计算（CALPHAD）的结果，预测了$γ$ -Fe-Ni和FeNi $_3$相分数的演变和分布。基于残余应力与磁弹性能之间的关系，采用微磁学模拟方法研究了SLM处理后Fe-Ni合金的磁性能（磁化率、剩磁和磁畴结构）。结果表明，计算得到的铁镍合金的矫顽力与实验测量值相符。这项计算研究表明，通过集成FEA，CALPHAD和微磁学，增材制造磁性材料的模拟是一种可行的方法。
2019-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Defect-based characterization of the fatigue behavior of additively manufactured titanium aluminides
对增材制造的铝化钛合金TNM-B1在完工和热等静压（HIP）条件下的微观结构和机械性能进行了表征。在室温和800 °C下进行拉伸和恒幅测试。使用断口扫描电镜图像，识别了裂纹诱导缺陷。通过热等静压，可以减少缺陷数量和尺寸，使疲劳强度提高43%至500 MPa。采用Murakami和Shiozawa的模型方法，将疲劳寿命与局部应力强度因子相关联，并将其描述为应力幅值以及裂纹缺陷的大小和位置的函数。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Experimental Characterization of Additively Manufactured Metallic Alloys for Electric Propulsion Applications
Purdue University（普渡大学）
该研究通过实验证实增材制造316L不锈钢溅射特性与传统材料相当，并验证了增材制造钨铼栅极用于KDC-40静电栅格离子源的可行性。
2026-08-27 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Computational Design of Ductile Additively Manufactured Tungsten-Based Refractory Alloys
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本文通过机器学习原子间势能设计钨基合金，提高等离子体制造的可打印性与延展性，发现最优合金成分无晶间裂纹。
2026-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-static and Dynamic Behavior of Additively Manufactured Metallic Lattice Cylinders
晶格结构具有可定制的机械性能，这使得它们能够表现出超越天然材料所能达到的优异机械性能（每单位重量）。本文研究了增材制造不锈钢网格柱的准静态和动态行为。利用激光粉末床熔融系统制备了具有内部晶格结构的圆柱形样品。还制造了具有相同长度、外径和质量（较大壁厚）的等效中空圆柱形样品。利用分离式霍普金森杆研究了试件在高应变率载荷下的力学行为。据观察，晶格圆柱体减少透射波振幅高达约21%相比，他们的等效空心圆柱体。然而，较低的透射波能量在网格圆柱体的代价是更大的减少，在他们的刚度相比，他们的等效空心圆柱体。此外，据观察，增加5个数量级的加载速率导致高达约36%的增加，在峰值力的晶格圆柱体可以进行，这是由于应变率硬化效应在散装不锈钢材料。通过对试件在动态载荷作用下的有限元模拟，研究了应变率硬化、热软化和破坏模式对试件动态行为的影响。数值结果与实验数据进行了比较，观察到良好的定性协议。
2018-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Solidification-cell confinement of domain-wall pinning in additively manufactured ferromagnets
University of Manitoba（曼尼托巴大学）；Kwame Nkrumah University of Science and Technology（恩克鲁玛科技大学）
本研究建立将打印参数与铁磁体畴壁钉扎矫顽力关联的解析理论，引入约束因子，模型预测多类合金实验数据误差在1.9倍内，可用于制造前筛选合金成分。
2026-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous High Strain Rate Compressive Behavior of Additively Manufactured Copper Micropillars
微尺度动态测试对于理解材料在应用相关应变率下的行为至关重要。然而，尽管近二十年来进行了大量的微观力学研究，但对微尺度金属的测试在很大程度上仅限于准静态应变率。在这里，我们报告了原始3D打印铜微柱在从$\sim0.001$ s $^{-1}$到$\sim500$ s $^{-1}$的应变率下的动态压缩测试。研究发现，微晶铜微柱以类似单剪切的方式变形，在所有应变率下都表现出弱的应变率依赖性。超细晶（UFG）铜微柱，但是，变形均匀通过桶形，并显示出很强的速率依赖性和小的激活体积在应变速率高达$\sim0.1$ s $^{-1}$，这表明位错成核的变形机制。在较高的应变速率下，屈服应力显著饱和，导致应变速率敏感性降低两个数量级，激活体积增加四倍，这意味着变形机制向集体位错形核过渡。
2022-02-03 cond-mat.mtrl-sci
In situ Imaging of Precipitate Formation in Additively Manufactured Al-Alloys by Scanning X-ray Fluorescence
本研究利用基于同步加速器的原位扫描X射线荧光显微技术，直接成像了增材制造铝合金在热处理过程中Mn和Cr在晶界的选择性富集及熔池边界微观结构的热稳定性，证明了该方法在探索亚微米级析出动力学方面的重大价值。
2023-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Process parameter sensitivity of the energy absorbing properties of additively manufactured metallic cellular materials
增材制造（AM）已经使得能够制造金属蜂窝材料，其在轻质抗冲击结构的设计中受到关注。然而，有必要了解之间的相互作用：（i）材料结构，（ii）AM工艺参数，和（iii）建成的几何形状，微观结构和能量吸收性能。在这项工作中，我们研究了准静态和动态行为的蜂窝材料制造的316 L不锈钢激光粉末床融合（LPBF）。四个蜂窝结构被认为是（八位点阵，格子壁的正方形蜂窝，折纸和正方形蜂窝），以及三组AM工艺参数，其特征在于激光功率为50，125和200 W。调整暴露时间以提供相同的总热输入。125 W的外壳使材料具有最高的强度和延展性。采用该工艺变体的蜂窝材料与其标称密度最接近，并具有最高的强度和能量吸收。降低（50 W）或增加（200 W）功率导致孔隙率显著增加，从而降低强度和能量吸收。然而，我们发现，由于过程引起的孔隙率的变化有一个较小的影响比那些从细胞结构的选择。
2022-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning for predicting fatigue properties of additively manufactured materials
本文综述机器学习预测增材制造材料疲劳性能的研究进展，总结FNN、CNN、ANFS、SVM和RF等模型及其工艺特征融合方式，并指出小数据集、过拟合和可解释性等挑战。
2023-04-24 cond-mat.mtrl-sci
The anisotropic grain size effect on the mechanical response of polycrystals: The role of columnar grain morphology in additively manufactured metals
本文针对增材制造金属的柱状晶粒形态，提出轴向晶粒尺寸与各向异性描述符，通过晶体塑性模拟揭示晶粒尺寸各向异性对力学响应各向异性的贡献呈平方反比关系。
2023-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Additively manufactured Ni-20Cr to V functionally graded material: computational predictions and experimental verification of phase formations
本研究结合第一性原理计算与AIMD模拟，用CALPHAD方法构建Cr-Ni-V体系数据库，通过DED AM制备Ni-20Cr/V功能梯度材料验证，发现新数据库对相形成的预测准确性优于现有文献数据库。
2024-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical behaviour of additively manufactured Ti6Al4V meta-crystals containing multi-scale hierarchical lattice structures
在介观尺度上对晶体微观结构的模仿创造了一类新的建筑材料，称为亚晶体，并提供了有效的方法来显着提高韧性和消除建筑材料的屈服后塌陷。研究了激光粉末床熔融制备Ti6Al4V多晶类亚晶材料的力学性能。Ti6Al4V亚晶体的力学行为受整个长度尺度上的晶格结构的控制：晶体显微结构、构造的晶体状介观结构和晶格支柱的质量。由于复杂的结构，在打印的超晶体中观察到显著的加工缺陷，特别是由于在支柱的自由表面处缺乏熔合而导致的凹口状缺陷。这些缺陷会增加应力集中，减小杆件的承载面积，从而显著削弱格构式杆件的性能。此外，由于针状α '马氏体的存在，印刷状态是脆性的。缺陷和打印脆性导致支柱过早断裂，并损害了晶体启发的介观结构的益处。该研究随后采取了多种措施来解决这个问题：增加支柱直径以减少工艺缺陷的影响，并进行退火以消除内应力并恢复延展性。支柱直径的增加和退火的组合成功地使得晶体状结构的介观结构能够有效地提高亚晶体的韧性。
2020-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Cold Isostatic Pressing to Improve the Mechanical Performance of Additively Manufactured Metallic Components
增材制造正在成为一种具有巨大前景的技术，用于生产具有传统制造方法难以获得的新设计或形状的部件。用于打印金属部件的最有前途的技术之一是粘合剂喷射，由于其时间效率和生成复杂部件的能力。在该过程中，选择性地沉积液体粘合剂以粘附打印材料的粉末颗粒。一旦产生金属件，其经历随后的固化和烧结过程以增加其密度（热等静压制）。在这项工作中，我们建议对制造的部件进行额外的后处理，包括在室温下施加高静水压力（5000 bar）。这种后处理技术，即所谓的冷等静压制（CIP），被证明可以增加增材制造的AISI 316 L不锈钢的屈服载荷和最大承载能力。的机械性能，有和没有CIP处理，估计通过小冲孔试验，一个合适的实验技术，以评估小样品的机械响应。此外，我们还根据工艺过程中沉积层的方向，研究了材料的孔隙率和微观结构。我们的观察揭示了独立于这些取向的均匀分布，从而证明了材料的各向同性行为。
2019-08-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Revisiting first-principles thermodynamics by quasiharmonic approach: Application to study thermal expansion of additively-manufactured Inconel 625
本研究改进基于DFT的QHA方法，分别计算自由能各贡献项并用AICc选模拟合，以增材制造IN625为例验证其热膨胀系数预测准确性，同时分析结构构型带来的预测敏感性与不确定性。
2024-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Towards standardisation of average grain size measurement of additively manufactured microstructures using EBSD
National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）；Henry Royce Institute, Department of Materials, University of Manchester（曼彻斯特大学亨利·罗伊斯学院材料系）
针对增材制造合金的异质微观结构，通过实验室间比较研究，提出了一种基于EBSD的平均晶粒尺寸测量新标准，并在多种Ni和Al增材制造组件上验证了其适用性和局限性。
2026-05-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phase-field modeling of radiation-induced composition redistribution: An application to additively manufactured austenitic Fe-Cr-Ni
本文建立耦合原子与点缺陷演化的相场中尺度模型，模拟增材制造 FCC Fe-Cr-Ni 合金在晶界和位错胞壁处的辐射诱导偏析，并解释非单调偏析机制。
2025-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Depth-Resolved Characterization of Centrifugal Disk Finishing of Additively Manufactured Inconel 718
本研究针对增材制造Inconel 718的离心盘光整加工，采用白光轮廓仪和高能X射线衍射表征其深度相关的表面与亚表面特性，发现该工艺可消除表面织构且在表层100μm内引入显著残余微应变。
2024-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Surface chemistry investigation of an additively manufactured Al-Mg-Si-Zr alloy: Studies from experiments and first-principles simulation
Chemnitz University of Technology（开姆尼茨工业大学）；Technische Universität Bergakademie Freiberg（弗莱贝格矿业科技大学）；Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden（德累斯顿莱布尼茨固体与材料研究所）；Taras Shevchenko National University of Kyiv（基辅塔拉斯舍甫琴科国立大学）
本研究通过GDOES实验和DFT计算，揭示了增材制造Al-Mg-Si-Zr合金近表面Mg富集源于强偏析驱动力和氧吸附促进的扩散，为理解其表面化学提供了原子尺度机制。
2026-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Comparative study of hydrogen embrittlement resistance between additively and conventionally manufactured austenitic stainless steels
304 L（18 wt.%）中的氢脆Cr，8-10wt.%采用电化学预充氢对激光粉末床熔合（LPBF）制备的304 L奥氏体不锈钢（ASS）进行了拉伸试验，并与铸造+退火（CA）和CA+形变热处理（TMT）两种工艺过程的常规304 L ASS进行了比较。结果表明，充氢导致CA样品的延展性显著降低，但对于LPBF和CA-TMT样品仅观察到小的氢影响。氢助开裂行为被认为是强烈的应变诱发马氏体相变。此外，CA样品中α '马氏体的量比其他样品中高得多，表明严重的氢脆可能与奥氏体的低机械稳定性相关。详细的显微组织表征表明，CA样品的低奥氏体稳定性主要归因于δ铁素体的残留含量和γ基体内的化学不均匀性（接近δ的γ具有约2 wt.%较高的Cr，但约2重量%较低的Ni），但TMT提高了化学均匀性，从而提高了奥氏体稳定性。相比之下，LPBF工艺直接导致，即没有任何热机械处理，在ASS中具有均匀元素分布的完全奥氏体结构。这些结果证实了δ相的存在和γ基体内部的化学不均匀性促进了γ-α ′界面处的形变诱发马氏体相变和氢的富集，是导致严重氢辅助失效的主要原因。
2020-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Alloying Effects on the Microstructure and Properties of Laser Additively Manufactured Tungsten Materials
本文研究 ZrC 与 NiFe 合金化对激光增材制造钨缺陷、微观结构及性能的影响，揭示二者分别提升硬度稳定性与韧性，并验证 WNiFe+ZrC 复合体系的有效性。
2023-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of corrosion and mechanical degradation of additively manufactured Mg scaffolds in simulated body fluid
建立了一种基于有限元模型的模拟策略，对激光功率床融合制备的可生物降解镁支架在模拟体液中浸泡后的腐蚀和力学性能进行了模拟。腐蚀是通过一个现象学的，基于扩散的模型，可以考虑点蚀模拟。在腐蚀模拟之后，其中Mg的浓度低于一定阈值（代表Mg（OH）2的形成）的元素被删除用于机械模拟，其中Mg被假定为表现为各向同性的、完全弹性塑性的固体，并且通过延性失效模型引入断裂。模型的参数是由先前的实验结果和数值预测的强度和断裂机制的WE43镁合金多孔支架在印刷条件下，浸泡在模拟体液中的数值预测与实验结果吻合得很好。因此，模拟策略能够评估腐蚀对生物可降解支架的力学行为的影响，这对于生物可降解支架的生物医学应用设计至关重要。
2021-10-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A holistic review on fatigue properties of additively manufactured metals
本文系统综述增材制造金属的疲劳性能，涵盖多种材料与工艺，分析影响因素，为提升其疲劳性能提供指导。
2023-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Microscale stress-geometry interactions in an additively manufactured NiTi cardiovascular stent: A synchrotron dual imaging tomography and diffraction study
本研究利用同步辐射双成像与衍射技术原位揭示了LPBF制造的NiTi心血管支架中微观应力-几何相互作用，发现支架连接处易发生局部相变与循环损伤，为支架后处理提供了重要参考。
2023-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Unravelling the mechanisms underlying crack initiation in additively manufactured steel
University of Michigan（密歇根大学）；ESRF, The European Synchrotron（欧洲同步辐射装置）；Michigan Center for Materials Characterization, University of Michigan（密歇根大学材料表征中心）；ENSCM（法国国家化学工程学院）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；Mines Paris, PSL University（巴黎矿业学院，PSL大学）
研究增材制造钢裂纹萌生机制，结合多模态技术观察裂纹尖端塑性三维演变，发现锻造钢与增材制造合金在裂纹尖端塑性表现不同，揭示抗断裂能力受其空间演变控制，为提高损伤容限提供机理框架。
2026-07-10 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
Experimentally validated and empirically compared machine learning approach for predicting yield strength of additively manufactured multi-principal element alloys from Co-Cr-Fe-Mn-Ni system
针对增材制造多主元合金屈服强度传统预测方法的局限，本研究提出关联成分、打印参数与测试条件的机器学习方法，R²达0.84，经实验验证有效，可指导增材制造工艺、加速性能探索。
2024-09-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
An Automated Fully-Computational Framework to Construct Printability Maps for Additively Manufactured Metal Alloys
本文提出一种结合CALPHAD模型、降阶模型与Eagar-Tsai热模型的全计算框架，自动构建金属增材制造可打印性图，经多合金验证有效，可用于指导无缺陷零件制造。
2023-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Dissolution zone model of the oxide structure in additively manufactured dispersion-strengthened alloys
针对激光粉末床熔融弥散强化高温合金中的氧化物演化，本文提出耦合扩散动力学与熔池热历史降阶模型的溶解区模型，可预测弥散相尺寸、熔渣形成及组织均匀性。
2024-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Additively manufacturable high-strength aluminum alloys with thermally stable microstructures enabled by hybrid machine learning-based design
本研究针对增材制造铝合金高强度与热稳定性难以兼顾的问题，结合CALPHAD-ICME与贝叶斯优化的混合机器学习方法逆向设计合金成分，制备出兼具高强度、抗开裂性与高温稳定性的可增材制造铝合金。
2025-01-19 cond-mat.mtrl-sci
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
Refining microstructures in additively manufactured Al/Cu gradients through TiB$_2$ inclusions
本研究利用LENS技术实现Al/Cu成分梯度零件增材制造，通过添加TiB$_2$晶粒细化粉末并主动改变打印层成分，成功抑制枝晶生长并获得等轴微观结构。
2024-03-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of ZrH2 particles on the microstructure and mechanical properties of IN718 manufactured by selective laser melting
研究了Zr（以ZrH2颗粒形式）对激光选区熔化IN718镍基高温合金显微组织和力学性能的影响。通过仔细选择工艺参数可以获得完全致密的合金。ZrH2的添加没有改变合金的微观结构，但引入了直径约50 nm的富Zr球状颗粒的分散体，这增加了印刷材料在环境温度（23 ℃）和高温（550 ℃）下的强度。热处理的增溶，然后老化导致的γ”沉淀物，控制合金的强度，这是独立的添加Zr的精细分散。热处理后的材料在550 ℃变形时出现动态应变时效。最后，无论热处理和温度如何，垂直于成型方向变形的IN718的强度高于沿成型方向变形的强度。计算均匀化模拟表明，各向异性与强织构。
2021-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale Experiments and Predictive Modelling for Inverse Design and Failure Mitigation in Additively Manufactured Lattices
本研究通过多尺度实验与预测建模，揭示FFF增材制造点阵结构中珠间界面损伤是限制能量吸收性能的主要因素，并提出增强因子方法以支持工艺优化和逆向设计。
2024-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
High-Temperature Oxidation Kinetics of Additively Manufactured NiTiHf
NiTi基高温记忆合金（HTSMA）如NiTiHf由于其高强度和功输出以及其提高转变温度（TT）的能力而被用于广泛的应用中。最近，增材制造技术（AM）已被广泛用于制造复杂的记忆合金部件，而无需任何重大修改或工具，并且已经为定制其最终部件的微结构和关键性能的制造和制造铺平了道路。由于氧化，NiTi合金的性质如转变温度可显著改变，氧化可发生在工艺过程或后处理期间。本文研究了用选择性激光熔化（SLM）法制备的富Ni NiTi 20 Hf记忆合金的氧化行为。热重分析（TGA）用于评估在空气中在500、700和900 ℃的不同温度范围下持续20小时的氧化的动力学行为。氧化后，进行X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）以评估微观结构和化学组成。研究了常规NiTi20Hf合金的等温氧化动力学，并与AM样品的结果进行了比较。结果表明，两个阶段的氧化速率在氧化增加与高速率在初始阶段。随着氧化时间的增加，氧化速率逐渐降低。NiTiHf合金的氧化行为先服从对数速率定律，然后服从抛物线速率定律。SEM结果显示形成了多层氧化物膜，包括TiO 2、NiTiO 3和Hf氧化物。
2020-06-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multiscale reduced-order modeling of fused filament fabricated composites
在增材制造的复合材料的多个长度尺度上观察到缺陷，例如空隙。模拟这些缺陷及其多尺度相互作用对材料性能预测至关重要。在这项工作中，我们研究了作为建成的缺陷，熔丝制造的聚碳酸酯/短碳纤维（PC/SCF）复合材料样品。使用机械降阶模型研究了微尺度和中尺度空洞以及中尺度层取向。我们的研究结果表明，微尺度intrabead空隙与中尺度interbead空隙相互作用，并显着降低打印复合材料的机械响应相比，没有空隙的微尺度微观结构。中尺度层取向也影响应力-应变响应，并且当载荷施加到珠方向时表现出更好的性能。在这项工作中使用的有效的降阶建模方法提供了一种方法来评估增材制造复合材料的多尺度设计方面。
2022-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Martensite decomposition kinetics in additively manufactured Ti-6Al-4V alloy: in-situ characterisation and phase-field modelling
针对增材制造Ti-6Al-4V合金的非平衡α'马氏体组织性能缺陷，结合原位表征实验与高效相场模拟，揭示了其马氏体分解的动力学规律与组织演化特征。
2024-04-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Elucidating microstructural influences on fatigue behavior for additively manufactured Hastelloy X using Bayesian-calibrated crystal plasticity model
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Oxford（牛津大学）
提出基于贝叶斯优化的晶体塑性模型校准方法，利用增材制造Hastelloy X疲劳数据，在75次迭代内高效校准，并揭示屈服和背应力参数主导应力-应变响应，大直径高Schmid因子晶粒为失效关键位置。
2024-12-06 cond-mat.mtrl-sci cs.CE cs.LG
Deep-Learning Quantitative Structural Characterization in Additive Manufacturing
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
为了加速具有精确微结构的增材制造组件的制造，我们开发了一种用于增材制造材料和零件中关键特征的结构表征的方法。该方法利用基于图像到图像转换条件生成对抗神经网络架构的深度学习，并实现对普遍几何特征的快速和增量更准确的预测，包括熔池边界和蚀刻光学图像中可见的印刷诱导缺陷。这些结构细节本质上是异质的。我们的方法指定的微观结构状态的添加剂建立通过统计分布的结构细节，基于收集的图像的合奏。提出了该方法的扩展以解决用于增材制造的实时的控制的所开发的机器学习模型的人工智能实现。
2023-01-20 cond-mat.mtrl-sci cs.CV
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
Lattice genome: representation and analysis of heterogeneous crystalline microstructures
University of Arizona（亚利桑那大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
受材料基因组概念启发，提出晶格基因与晶格基因组，通过变分自编码器编码菊池衍射图样紧凑表示局部晶体结构，并利用EBSD映射实现空间分辨，用于可视化晶粒尺度异质性、域分割和量化晶内异质性。
2026-06-08 cond-mat.mtrl-sci
SR-CLD: Spatially Resolved Chord Length Distributions for Statistical Description and Visualization of Non-uniform Microstructures
本研究提出空间分辨弦长分布（SR-CLD）方法，利用扫描线算法量化并可视化非均匀微观结构，通过三个案例验证其在合成多晶、焊接模拟及增材制造钛合金中的有效性。
2025-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Revealing mechanism of pore defect formation in laser directed energy deposition of aluminum alloy via in-situ synchrotron X-ray imaging
该研究采用原位高速高分辨率同步辐射X射线成像，揭示激光定向能量沉积中气孔源于外部气体溶解再析出和金属蒸气析出，并据此优化工艺以抑制气孔。
2024-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Neural electron backscatter diffraction
University of Arizona（亚利桑那大学）
提出神经EBSD方法，将EBSD扫描视为连续可微的四维菊池衍射强度场，并用坐标神经网络表示，实现超分辨率、连续查询和压缩。
2026-08-06 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
Fracture toughness and auxeticity in disordered metamaterials
研究通过多目标优化随机梁网络同时优化拉胀性与断裂前吸收能量，发现最优配置沿Pareto前沿分布，揭示了无序力学超材料设计中性能权衡的潜力与局限。
2025-07-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
A Comparative Analysis of Inconel 718 Made by Additive Manufacturing and Suction Casting: Microstructure Evolution in Homogenization
均匀化是增材制造（AM）部件后热处理中实现均匀微观结构的关键阶段之一。在均匀化过程中，晶粒粗化可能是保留强度的问题，这需要仔细设计时间和温度。因此，适当的均匀化设计对于AM设计变得特别重要，因为加工硬化通常不再是一种选择。在这项工作中，我们发现了一个有趣的现象，在均匀化的吸铸和AM Inconel 718高温合金。通过1180°C的短期和长期等温热处理，我们观察到在吸铸合金中的异常晶粒长大，而在激光粉末床熔合（LPBF）制备的合金中的连续再结晶。均质12 h后，AM样品的晶粒尺寸保持在130 μm左右，甚至略有减小。Nb在AM合金中的均匀性被确定为NbC形成的关键因素，其进一步影响在1180°C下的再结晶动力学。多类型的位错行为进行了研究，以阐明在均匀化合金LPBF后观察到的晶粒细化。该研究为AM合金的微观组织工程提供了一条新的途径，以改善其机械性能，使其优于传统制造的合金。
2020-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
An essay on $d_0$ in neutron-based strain measurement techniques: equilibrium-based methods for non-destructive $d_0$ estimation
The University of Newcastle（纽卡斯尔大学）；Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)（澳大利亚核科学和技术组织）
该论文针对中子基应变测量中无应力参考晶格间距$d_0$的确定难题，开发了一系列基于力学平衡的非破坏性估算方法，通过实际样品验证了其适用性。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci
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
