激光增材制造不锈钢的凝固组织及调控方法研究进展_吴伟峰.pdf

第 15 卷 第 4 期 精 密 成 形 工 程 2023 年 4 月 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 121 收稿日期：20221017 Received：2022-10-17 基金项目：福建光电信息科学与技术创新实验室（闽都创新实验室）自主部署项目（2021ZZ123）；国家自然科学基金（52071088）Fund：Independent Deployment of Scientific Research Program of Mindu Innovation Laboratory(2021ZZ123);National Natural Science Foundation of China(52071088)作者简介：吴伟峰（1999），男，硕士生，主要研究方向为陶瓷材料的增材制造技术。Biography：WU Wei-feng(1999-),Male,Postgraduate,Research focus:additive manufacturing technology of ceramic materials.通讯作者：刘鑫旺（1982），男，博士，教授，主要研究方向为金属材料凝固行为和增材制造技术。Corresponding author：LIU Xin-wang(1982-),Male,Doctor,Professor,Research focus:solidification behavior of metal ma-terials and additive manufacturing technology.引文格式：吴伟峰,刘鑫旺,郑开魁,等.激光增材制造不锈钢的凝固组织及调控方法研究进展J.精密成形工程,2023,15(4):121-130.WU Wei-feng,LIU Xin-wang,ZHENG Kai-kui,et al.Research Progress on Solidification Structure and Control Methods of Stainless Steel Fabricated by Laser Additive ManufacturingJ.Journal of Netshape Forming Engineering,2023,15(4):121-130.激光增材制造不锈钢的凝固组织及调控 方法研究进展 吴伟峰1,2，刘鑫旺1,2，郑开魁1,3，王凯4，魏青松1,2，樊自田2，向红亮1,3，董选普1,2（1.中国福建光电信息科学与技术创新实验室（闽都创新实验室），福州 350108；2.华中科技大学 a.材料科学与工程学院 b.材料成形与模具技术国家重点实验室，武汉 430074；3.福州大学 先进制造学院，福建 晋江 362200；4.中国钢研科技集团有限公司，北京 100081）摘要：激光增材制造技术成形的制件具有自由度大、精度高、质量和性能好等优势，随着该技术的日益发展，其在不锈钢材料领域取得了显著的进展。激光增材制造技术成形不锈钢通常呈现出与传统制备工艺显著不同的非平衡凝固组织，表现出复杂的结构特征，而这些特征决定了合金的性能和应用。介绍了激光熔化沉积和选区激光熔化两种激光增材制造技术，选择典型的 316L 不锈钢及 174PH 不锈钢，综述了激光增材制造不锈钢凝固组织特征的研究现状，重点关注典型多尺度、层次性的组织结构（包括晶粒、宏观缺陷、熔池组织、胞状亚结构、氧化物夹杂等）。系统分析了激光增材制造不锈钢的组织调控方法，包括调整工艺参数、改变工艺环境及热处理等方式，通过组织调控能够影响晶粒的生长及熔池反应，进一步改善其内部微观组织，如形成间隙固溶体或颗粒夹杂物、细化晶粒及消除孔隙等，同时能促进不同相的析出和转变。通过合理地调控凝固组织，能够显著改善不锈钢的组织及机械性能。最后，对激光增材制造不锈钢的未来发展进行了展望。关键词：激光增材制造；不锈钢；凝固组织；组织调控；后处理 DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.04.014 中图分类号：TG142.1 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2023)04-0121-10 Research Progress on Solidification Structure and Control Methods of Stainless Steel Fabricated by Laser Additive Manufacturing WU Wei-feng1,2,LIU Xin-wang1,2,ZHENG Kai-kui1,3,WANG Kai4,WEI Qing-song1,2,FAN Zi-tian2,XIANG Hong-liang1,3,DONG Xuan-pu1,2(1.Fujian Science&Technology Innovation Laboratory for Optoelectronic Information of China,Fuzhou 350108,China;2.a.122 精 密 成 形 工 程 2023 年 4 月 School of Materials Science and Engineering,b.State Key Laboratory of Materials Processing and Die&Mould Technology,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China;3.School of Advanced Manufacturing,Fuzhou University,Fujian Jinjiang 362200,China;4.China Iron and Steel Research Institute Group,Beijing 100081,China)ABSTRACT:The metal products fabricated by laser additive manufacturing have the advantages of large degree of freedom,high precision,and excellent performance and quality.With the growing development,laser additive manufacturing technology has made a significant progress in the field of stainless steel.Compared with the products prepared by conventional methods,the stainless steel fabricated by laser additive manufacturing possesses a completely different non-equilibrium solidification struc-ture,and exhibits complex structural features that determine the properties and applications of the alloys.Two laser additive manufacturing technologies of laser melting deposition and selective laser melting were introduced.Typical 316L stainless steel and 17-4PH stainless steel were selected to investigate the research status of solidification structure characteristics of stainless steel fabricated by laser additive manufacturing,with the focus on the typical multi-scale and hierarchical structure(including grains,macro defects,molten pool structure,cellular substructure,oxide inclusions,etc.).All importantly,the structure control methods of stainless steel fabricated by laser additive manufacturing were systematically revealed,including the adjustment of process parameters,change of process environment and heat treatment.Structure control could affect the growth of grains and the reaction of molten pool,which further improved the internal microstructure,such as forming interstitial solid solutions or particle inclusions,refining grains and eliminating pores,and promoted the precipitation and transformation of different phases.The microstructure and mechanical properties of stainless steel could be significantly improved by rationally controlling the so-lidification structure.Finally,the future development of laser additive manufacturing for fabricating stainless steel was also pros-pected.KEY WORDS:laser additive manufacturing;stainless steel;solidification structure;structure control;post-treatment 区别于传统加工工艺对原材料切削及组装的过程，激光增材制造是一种利用激光作为热源，依据数字模型逐层叠加材料，成形复杂形状结构的三维零件快速制造技术，被誉为最有潜力的技术之一1-2，目前已成为航空航天、军工及医学等领域中最前沿的研究方向之一3-5。激光作为增材制造的热源，具有高精度、高能量、功率可调、自由度大等优势，常用于结构复杂、难加工金属零件等的精密成形。随着增材制造技术的不断发展，其已经成功应用于不同的合金体系，包括钛合金、高温合金、铝合金和钢等2。不锈钢因具有性能好、成本低的特点，被广泛应用于各类容器、网架、桥梁等领域6。然而，目前钢的加工方式仍以传统的铸造、压力法、机加工为主7，工序复杂，生产周期长，且难以成形复杂形状的不锈钢零件，而激光增材制造技术可以快速成形复杂形状的零件，缩短生产周期，提高经济效益8。激光增材制造不锈钢的微观结构是在快速冷却、高热梯度的条件下金属熔化和沉积形成的9-10，存在大量非平衡凝固导致的固溶体、夹杂物缺陷、残余奥氏体和马氏体等多相结构，工艺参数会影响其微观组织特征，包括形态尺寸、元素偏析、晶胞结构、织构、缺陷和夹杂物等，而它们又对合金的质量和性能起着至关重要的作用11。全面了解激光增材制造不锈钢的凝固组织及调控方法，以实现可重复性并改进工艺技术是当前研究者的重点工作之一。文中主要综述了激光增材制造不锈钢的研究情况，尤其是不锈钢的凝固组织及其调控方法，以期为激光增材制造不锈钢中凝固组织控制的研究提供科学指导和理论依据，并对其未来发展进行了展望。1 激光增材制造的主要工艺方法 目前，激光增材制造技术可根据材料送给方式的不同主要分为基于同轴送粉/送丝的激光熔化沉积（Laser Melting Deposition，LMD）技术和基于粉末床的选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术。LMD 技术属于定向能量沉积（Directed Energy Deposition，DED）工艺，通常用于制备大尺寸、中等精度、高密度的金属零件12。该技术将激光束聚焦在零件的特定区域，同时通过同步移动喷嘴提供金属原料，逐层地打印成型零件。与 SLM 相比，LMD 可同时实现输送粉末和聚焦激光能量，成型率高，并且能够在特定部位使用具有耐磨损、耐高温和耐腐蚀等特点的合金粉末，但 LMD 难以成型复杂形状零件，需要在零件近终形制造成型后进行精加工处理13。SLM 技术通过高能量激光束选择性地熔化预先铺在粉末床上的金属粉末，使粉末逐层凝固堆积以实现中小尺寸、高精度金属零件的近净成形，直径为2060 m 的激光束有助于成形高精度、结构复杂的第 15 卷 第 4 期 吴伟峰，等：激光增材制造不锈钢的凝固组织及调控方法研究进展 123 金属构件，且构件的最小特征尺寸为 40200 m14。与传统工艺相比，SLM 可以成形强度和塑性良好结合的不锈钢零件，并实现增材制造不锈钢的工程应用。2 激光增材制造不锈钢的凝固组织结构特征 目前，不少学者已经对激光增材制造不锈钢的微观结构进行了广泛研究，与传统工艺相比，激光增材制造不锈钢具有独特的微观组织，呈现出多尺度的非平衡组织，通常为典型的柱状晶组织，晶粒内部存在大量的胞状亚结构，由晶胞、低角度和高角度晶界、位错和夹杂物组成15，有着丰富的层次性，在尺度上跨越 6 个数量级，如图 1 所示。接下来依次对其宏观缺陷、熔池组织、相组成及胞状亚结构进行介绍。2.1 成形试样的宏观缺陷 孔隙和分层是激光增材制造不锈钢中最典型的缺陷类型。孔隙的主要来源为具有内部气孔的粉末在熔化过程中释放气体及激光能量过低导致未熔合粉末之间产生的空隙。此外，高激光能量密度易诱发不规则形状的孔隙16。为了控制增材制造不锈钢中的孔隙率，应严格控制不锈钢粉末的气体含量，并优化工艺参数（如激光功率和扫描速度）。而分层主要表现为零件内相邻层的分离，主要原因是相邻层的不完全熔化17。孔隙是一种微观内部缺陷，可以通过后处理工艺消除，而分层是一种宏观裂纹状缺陷，无法通过后处理修复，只能通过调整工艺参数（如降低层厚）避免分层18。球化也是增材制造不锈钢中常见的缺陷之一19。图 1 SLM 316L 不锈钢多尺度宏微观组织15 Fig.1 Multi-scale macrostructure and microstructure of SLM 316L stainless steel15:a)schematic of various length scales;b)cross-sectional electron backscatter diffraction(EBSD)inverse-pole figure(IPF);c)cross-sectional scanning electron microscopy(SEM)image;d)bright-field transmission electron microscopy(TEM)image of solidification structure;e)high-angle annular dark-field(HAADF)scanning TEM image of solidification structure;f)EBSD IPF;g)EBSD image quality map;h)EBSD kernel average misorientation map;i)HAADF STEM image and corresponding energy-dispersive spectrogram 124 精 密 成 形 工 程 2023 年 4 月 当熔池由于瑞利泰勒不稳定性而失去连续性，分离成单独的球形岛时，就会产生球化现象20，主要是因为液体的高黏度导致溶液流动受到抑制，且液体对粉末表面的润湿性不足，粉末颗粒由于表面张力而趋向于团聚，从而导致球化。增大激光功率或降低扫描速度有助于减少增材制造不锈钢中的球化现象21。另外，在增材制造过程中，快速的熔化和凝固易在不锈钢中引入残余应力并产生裂纹22。热开裂（或凝固裂纹）多发生在熔池快速凝固后期，此时熔池被胞状亚结构所占据，胞状亚结构边界处的残余液相受到熔覆层中拉应力的作用，导致液膜分离，最终形成沿晶热裂纹23。另外，奥氏体不锈钢对凝固裂纹更敏感，因为其粉末具有较低的导热系数和较高的热膨胀系数。氧化物夹杂在增材制造不锈钢的微观组织中也十分常见，其严重影响着合金性能。不锈钢原料是制件内氧化物的主要来源，因为氧主要以氧化物夹杂和表面氧化物的形式存在于不锈钢粉末原料中，对氧化物夹杂的形成具有重要作用。例如，增材制造奥氏体不锈钢中常见夹杂物形状呈球形，尺寸在几十纳米到几微米之间，主要富集 O、Mn 和 Si24，这与传统奥氏体不锈钢中较大、不规则的夹杂物形成鲜明对比。实际生产中，可通过定期更换不锈钢粉末来减少制件中较大尺寸夹杂物的形成，或者通过调整打印参数来改变夹杂物的尺寸和数量25。2.2 成形试样的熔池组织 凝固过程中的温度梯度G与凝固速度SV共同决定了熔池中晶粒及其内部亚结构的形貌和尺寸，在增材制造过程中，S/G V越小，越容易形成等轴晶，反之则容易形成柱状晶26。图 2a 为不同晶粒形态的熔池示意图，熔池由 I 区中的等轴晶和 II 区中的柱状晶组成。由于凝固速度不同，枝晶的形状和生长规律也不同，如图 2b 所示，从熔池底部到顶部，温度梯度逐渐减小，而凝固速度逐渐增大，晶粒由柱状晶转变 为等轴晶27，由于激光增材制造技术采用逐层沉积的方式，连续的重熔会导致熔池底部的柱状晶通过外延生长的方式逐层延伸。细小的等轴亚晶粒围绕着粗大的柱状晶是激光增材制造不锈钢中主要微观结构特征之一。图 3 显示了传统工艺和SLM制备的316L不锈钢中晶粒的形态差异29。在图 3a、b 中可以观察到，熔池内部的柱状晶粒及边界处的细等轴晶粒表现为大量的细小等轴亚晶粒围绕着粗大的柱状晶粒分布，这种结构是增材制造中特有的过冷条件导致的30。Sun 等31研究发现，SLM 174PH 不锈钢的微观组织表现为柱状晶，且沿着熔池内部的温度梯度排列，并在熔池边界处分布着细小的晶粒。增材制造过程中的散热方向决定了晶粒的生长方向，热循环和快速冷却的特点会对晶粒成核和再结晶产生影响。林鑫等32发现，316L 不锈钢制件组织为完全的 奥氏体结构，奥氏体从基体外延生长为细长柱状枝晶，并显示出较强的晶体取向性，其晶向基本平行于沉积方向，仅在顶部出现一薄层转向枝晶，这是其散热方向改变导致的结果，由熔池底部的垂直激光扫描方向转变为沿激光扫描方向。在 SLM中，熔池主要通过基底和已凝固的部分向基板传递热量，并在该方向上形成最高的温度梯度，最终影响定向柱状枝晶的形成。另外，在 SLM 中，连续的重熔过程和同一熔池热流方向不同的特点容易导致晶粒生长方向不同33。如果温度梯度在某些方向上变得相似，则晶粒倾向于生长为等轴晶。李洋等34采用 SLM技术制备了 316L 多孔不锈钢，发现其组织主要为等轴晶和少量枝晶，等轴晶晶粒平均尺寸约为 850 nm，枝晶晶粒宽度约为 800 nm。同时，受散热方向的影响，通过 SLM 制备的 316L 不锈钢组织形貌呈现 3种典型特征：第 1 类为垂直于熔合线或与熔合线成一定的夹角进行择优生长的胞状晶；第 2 类为形成了大角度晶界的胞状晶；第 3 类为六边形的胞状树枝晶35。图 2 熔化区（I 区）和再熔化区（II 区）示意图以及温度梯度与晶粒类型的关系28 Fig.2 Schematic diagram of the melting zone(I)and re-melting zone(II)and relationship between temperature gradient and grain types28:a)schematic diagram of the melting zone(I)and re-melting zone(II);b)relationship between temperature gradient and grain types 第 15 卷 第 4 期 吴伟峰，等：激光增材制造不锈钢的凝固组织及调控方法研究进展 125 图 3 通过电子背散射衍射分析获得的 SLM 316L 不锈钢的典型晶粒结构29 Fig.3 Typical grain structure of SLM 316L stainless steel acquired by electron back-scattered diffraction analysis29 2.3 成形试样的相组成 增材制造奥氏体不锈钢的相组成几乎为完全的奥氏体相，具有柱状晶结构，由数个取向相似的细小晶胞组成一个奥氏体晶粒，尺寸比传统工艺中的晶粒更细小。Sun 等36对 SLM 316L 不锈钢进行了详细的微观结构表征，发现其含有大量的初生奥氏体和少量残余铁素体，由于快速冷却，高温铁素体相没有转变为低温奥氏体相，残余的铁素体相最终强化了奥氏体基体37。在奥氏体不锈钢发生塑性变形时，通常会由于应变而诱发马氏体的形成。但在 SLM 316L 不锈钢中没有发现马氏体的存在，表现出高屈服强度和低加工硬化率，是因为其有着精细的微观结构，阻碍了马氏体的形成38，这种阻碍在低温下尤其明显。2.4 成形试样中的胞状亚结构 激光增材制造不锈钢时，由于熔池内高温度梯度、高冷却速率及重复热循环的特点，容易形成非平衡结构，如不规则的晶粒、高密度的位错及胞状亚结构等。其中，胞状亚结构是激光增材制造不锈钢中最特别、最值得研究的组织特征之一，其尺寸从几十纳米到几微米不等，具体取决于加工的方式和条件，其边界通常具有高密度位错和高熔点合金元素偏析。通常可以在增材制造奥氏体不锈钢中得到非常精细的胞状亚结构。Kong 等39对胞状亚结构的形成机制、生长取向等进行了研究，如图 4 所示，胞状结构沿着柱状晶生长方向整齐排列，其横、纵截面分别呈蜂窝状和长条状，这种胞状亚结构能在不降低塑性的前提下极大地提高材料强度，同时使材料呈现各向异性。同样地，Afkhami 等40研究发现，在 SLM 316L 不锈钢中，细长的奥氏体晶粒由独特的亚微米或纳米尺度的胞状亚结构组成，具备优异的强度和良好的拉伸性能15。相邻胞状亚结构之间微小的位向差会导致大量位错偏聚在胞壁，而胞状亚结构内部位错密度相对较低，形成了典型的位错胞41。Bertsch 等42采用 DED和 SLM 技术系统地研究了奥氏体不锈钢中的位错结构，发现产生位错的原因主要是凝固过程中的热膨胀/收缩。Kim 等43通过对比 304L 和 316L 不锈钢中的位错胞结构和力学性能，发现 304L 不锈钢有着更好的力学性能，主要原因是其具有更加细密的胞状亚结构，位错密度的增大提高了材料强度。3 激光增材制造不锈钢凝固组织的调控方法 凝固组织的调控是影响合金性能的关键。目前，激光增材制造不锈钢主要通过改变成形工艺参数（如激光扫描策略、扫描速度及功率）、工艺环境（如成形气氛）及制件热处理等方式对凝固组织进行调控。扫描策略主要影响晶粒的生长方向。Song 等44发现，不同的扫描策略能对 316L 不锈钢微观组织、晶粒取向及尺寸产生显著影响，其中，层间旋转 47的扫描策略改变了晶粒生长方向并细化了晶粒，提高了 316L 不锈钢的综合力学性能。赵雪等45研究发现，由于温度梯度的差异，采用回形扫描策略制得的构件平均晶粒尺寸比回形岛式扫描策略得到的晶粒尺寸小。Sun 等46通过调整扫描策略，在 SLM 316L 不锈钢中得到了沿方向的纤维织构，有效激发了纳米孪晶机制，为凝固组织的调控提供了新的思路。Sun等47采用层内双向填充的扫描策略制备出、两种纤维织构交替排列的 316L 不锈钢片层组织，提高了材料的机械性能和耐腐蚀性。激光扫描速度和功率主要影响熔池中的组织形貌和尺寸。图 5 显示了采用 SLM 在不同激光扫描速度下制得的 316L 不锈钢中的胞状亚结构，可以发现，扫描速度的降低导致胞状亚结构尺寸增大41。季文彬等48研究了工艺参数对 SLM 316L 不锈钢微观组织的影响，发现在一定的范围内，激光扫描速度越大，可成形出更加均匀细小的等轴晶，而增大激光功率 126 精 密 成 形 工 程 2023 年 4 月 图 4 SLM 316L 不锈钢中胞状亚结构形貌及其形成机制示意图39 Fig.4 Morphologies and formation mechanism of cellular substructure in SLM 316L stainless steel39:a)schematic diagram of the different solidification morphologies;b)schematic diagram of a three-dimensional view of cellular substructure;c)cross and longitudinal sections of cellular substructure 图 5 不同激光扫描速度下 SLM 316L 不锈钢胞状亚结构形貌41 Fig.5 Cellular substructure morphologies of SLM 316L stainless steel at different laser scanning speed41 容易形成非等轴晶。众所周知，在 SLM 过程中，控制晶粒尺寸的关键因素包括冷却速率和前一层熔化不锈钢粉末的再熔程度。例如，当使用高激光功率时，SLM 316L 不锈钢会由于晶粒的外延生长而形成具有高纵横比的大柱状晶49。改变工艺环境可以影响熔池内部的反应，其中，第 15 卷 第 4 期 吴伟峰，等：激光增材制造不锈钢的凝固组织及调控方法研究进展 127 活性气氛能够与金属原料在高温下发生反应，从而影响材料的熔池形貌乃至整个凝固过程，对合金的凝固组织和力学性能也存在一定影响。目前广泛应用的活性气氛以 O、N、C 等原子半径较小的轻元素为主要成分，能够在材料中形成间隙固溶体或颗粒夹杂物。2018 年，Wang 等50首次报道了通过活性气氛改善组织并对激光增材制造纯 Ti 进行强化的案例，通过精确控制 ArN2复合气氛的成分配比和打印参数，使组织中形成了成分均匀的 TiN 间隙固溶体，起到了细化 Ti 晶粒的作用。Pauzon 等51发现，在 He 气氛下用 SLM 技术成形的 316L 不锈钢晶粒更加细小。为了增加 N 元素含量，Becker 等52对 316L 不锈钢进行了成分微调，并在雾化和 SLM打印中均使用纯 N2保护，结果显示，材料中含有 Cr2N、Mo2(C,N)氮化物颗粒，且组织由常规的奥氏体变为双相结构（铁素体+奥氏体）。另外，Springer 等53为强化 316L 不锈钢，使其在 Ar空气气氛的保护下通过 LMD 成形，成功诱发了尺寸为 100800 nm 的氧化物颗粒的形成，且这些颗粒成球状弥散分布在基体中，这为通过改变工艺环境来改善材料的微观组织及提高成型质量提供了一种新的思路。总而言之，活性气氛可在激光增材制造不锈钢的过程中整体、均匀地引入固溶元素，通过一系列化学物理反应对材料的凝固组织施加综合、复杂的影响力，提升材料的关键性能。对制件进行适当的热处理是实现调控并改善激光增材制造不锈钢组织和提高其性能的主要工艺方法，热处理能够改善内部微观组织，如细化晶粒、消除孔隙等内部缺陷，同时可促进不同相的析出和转变。Sun 等54研究表明，经过固溶后处理，SLM 制备 174PH 不锈钢的马氏体晶粒平均尺寸由 22 m 降低到 2.8 m。Elangeswaran 等55对 SLM 316L 不锈钢分别进行了 1 060 完全退火处理和 1 155 热等静压处理，使 316L 不锈钢中的胞状亚结构消失，降低了疲劳强度，但塑性得到了改善。Voisin 等56研究发现，随着热处理温度的升高，SLM 316L 不锈钢中胞状亚结构逐渐溶解，导致屈服强度降低；当温度超过1 000 时，组织粗化严重，性能显著降低。Giganto等57对 SLM 174PH 不锈钢进行了热处理，发现经过热处理后，原来粗大的柱状晶粒消失，还形成了马氏体组织和硬质颗粒。吴晓瑜等58对 LMD 174PH不锈钢的组织进行研究发现，经过热处理后，原本由板条状马氏体和少量碳化物组成的沉积态组织变成了致密而均匀的细小板条状回火马氏体，并析出了更多 M7C3、M23C6和 NbC 型碳化物。Almangour 等59研究了喷丸和热处理对 LMD 174PH 不锈钢微观结构的影响，发现样品中的残余奥氏体在经过喷丸处理后发生了马氏体相变，在 866 K 时能够观察到部分残余奥氏体，但在 755 K 的较低温度下呈现为完全马氏体相60。同时，Hu 等61发现，适当的热处理能够使SLM 174PH 不锈钢中残余奥氏体向马氏体转变，改善了其力学性能。通过研究不同热处理工艺制备的不锈钢微观组织演变及其性能，能够实现改善激光增材制造不锈钢组织、优化性能的目的，因此，热处理工艺的规范及优化是实现不锈钢制件高质量控制的关键因素。4 结语 综述了激光增材制造不锈钢的凝固组织结构特征，详细论述了目前通过调整工艺参数、工艺环境，以及热处理等方式以实现对凝固组织进行调控的方法。1）激光增材制造技术具有逐层沉积、快速凝固的特点，可赋予零件独特的组织特征，呈现为多尺度的非平衡组织，如不规则晶粒、胞状亚结构及高密度位错等，是传统加工方式无法获得的。2）孔隙、分层和球化是激光增材制造不锈钢中常见的缺陷类型，氧化物夹杂的主要来源是不锈钢原料中的氧化物，应选择合适的工艺参数及后处理方式以有效减少或避免缺陷。3）细小的等轴亚晶粒围绕着粗大的柱状晶是激光增材制造不锈钢中主要微观结构特征之一，而增材制造过程中的散热方向决定了晶粒的生长方向。4）通常在增材制造奥氏体不锈钢中可得到精细的胞状亚结构。相邻胞状亚结构之间微小的位向差会导致大量位错偏聚在胞壁，形成位错胞结构，提高制样综合力学性能，但其形成原因和强化机制有待进一步研究。5）目前主要通过改变工艺参数和工艺环境，以及制件热处理等方式对增材制造不锈钢凝固组织进行调控，可影响晶粒生长、熔池反应，进一步改善其内部微观组织，如形成间隙固溶体或颗粒夹杂物、细化晶粒及消除孔隙等，同时能促进不同相的析出和转变，实现组织优化和性能提高。在激光增材制造不锈钢的过程中，由于快速冷却和逐层凝固的特点，熔池内部有着复杂的热循环，且温度场极其复杂，需重点研究微熔池冶金行为，这对解释位错、胞状亚结构等微观组织的形成以及指导激光增材制造不锈钢微观组织的调控具有重要意义。参考文献：1 卢秉恒,李涤尘.增材制造(3D打印)技术发展J.机械制造与自动化,2013,42(4):1-4.LU Bing-heng,LI Di-chen.Development of the Addi-tive Manufacturing(3D Printing)TechnologyJ.Ma-chine Building&Automation,2013,42(4):1-4.2 HERZOG D,SEYDA V,WYCISK E,et al.Additive 128 精 密 成 形 工 程 2023 年 4 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