电子束增材制造技术是近些年发展并得到一定应用的技术,以电子束为热源,在真空室内进行加工,通过层层堆积构建预设的结构。镁和镁合金由于密排六方晶体结构,独立滑移系少,变形困难。那么对镁合金电子束熔丝沉积研究对拓展镁合金在航空航天、国防军工、电子器件壳体等领域的应用具有重要意义。本文以AZ31镁合金丝材作为打印材料,以纯镁作为基板,研究表明,束流与送丝速度对打印块体的成型性有显著影响。束流过大时,无法形成稳定熔池;束流小于15mA时,能量输入将无法熔化AZ31丝材。送丝速度相对于束流存在一个最小临界值,当送丝速度小于这个临界值时,会使后端丝材软化,导致成型性的下降。选取20mA束流与2500mm/min送丝速度作为AZ31丝材打印的优化工艺参数。在对不同能量密度下的显微组织进行了观察。随着能量密度的降低,单道次打印件平均晶粒尺寸从49μm下降至32μm,打印件的致密度从98.3%上升至98.8%。有限元温度场模拟结果表明,随着打印层数的增多,散热方式从与基板的热传递是转变成沉积层与基板的热辐射。对优化后的工艺单道次与多道次打印成型结果表明,沿构建方向上呈现不均匀的微观组织,在打印件表层晶粒细小。腐蚀剂轻微腐蚀后在宏观表面上可以看到均匀分布的鱼鳞状熔池线,在鱼鳞状熔池线处微观组织呈现细小的等轴晶。在鱼鳞状熔池线内部呈现较为粗大的晶粒。不同晶粒尺寸区域硬度差异明显。在多道次块体鱼鳞状熔池线内部,沿构建方向晶粒尺寸从38μm减小至23μm。证明了多次重熔导致的复杂热历史是导致晶粒尺寸长大的的主要原因。原始大尺寸晶粒上存在一层亚微米级晶粒由能谱表征发现,亚微米级晶粒主要有α-Mg与β-Mg₁₇Al₁₂方式存在。打印过程中复杂的热循环过程导致基体上存在弥散分布的纳米级析出相。多道次打印块体的相比铸态AZ31屈服强度提升50%,抗拉强度提升40%。多道次块体的主要强化方式为细晶强化、固溶强化与弥散强化。对多道次块体进行热处理,在350℃保温8h微观组织均匀化效果明显,晶粒尺寸没有明显长大,第二相尺寸与数量减小。硬度与力学性能变化不大。综上所述,本文成功的制备了AZ31电子束熔丝沉积块体,并对其显微组织变化规律与力学性能关系进行了解释。