【摘 要】
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镁合金作为最轻的金属结构材料在轻量化领域具有广阔前景,但镁合金高温力学性能差,限制了其工业应用。研制新型耐热镁合金并开发近终形成形工艺是近年的研究热点。激光选区熔化（SLM）是一种基于逐层成形工艺的增材制造技术,不仅可加工传统工艺难以实现的复杂形状,同时在快速凝固作用下材料偏离热力学平衡可以改善微观组织。当前,关于多组元稀土镁合金SLM工艺研究的相关报道较少。本文选择课题组前期研究的Mg-3.4Y
【基金项目】
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陕西省重点研究发展计划（2020GY-255）； 陕西省教育厅科研计划项目（20JC020）； 西安市科技厅科研计划项目（2020KJRC0052）；
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镁合金作为最轻的金属结构材料在轻量化领域具有广阔前景,但镁合金高温力学性能差,限制了其工业应用。研制新型耐热镁合金并开发近终形成形工艺是近年的研究热点。激光选区熔化（SLM）是一种基于逐层成形工艺的增材制造技术,不仅可加工传统工艺难以实现的复杂形状,同时在快速凝固作用下材料偏离热力学平衡可以改善微观组织。当前,关于多组元稀土镁合金SLM工艺研究的相关报道较少。本文选择课题组前期研究的Mg-3.4Y-3.6Sm-2.6Zn-0.8Zr耐热镁合金为实验材料,采用机械研磨的方法制备了合金粉体。从激光功率、扫描速度和粉层厚度等工艺参数出发探索了合金的SLM成形工艺,并通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、显微和纳米硬度测试仪等设备,分析了合金SLM试样的成形性、微观组织和显微硬度。主要研究结果如下:制备了满足SLM成形工艺要求的合金粉体。在球磨时间为6 h,转速为400rpm时,粒径小于70μm的粉体收得率最高为97.34%,粉体形貌由不规则片层状变为颗粒状,粒径分布为40～70μm,平均粒径为55μm。工艺参数影响SLM成形质量。当激光功率为30 W时,试样出现了较为严重的“球化”和空隙缺陷;当激光功率增加到50 W时,Mg元素蒸发产生的反冲压力使试样出现了较多的圆形孔隙。随着激光功率从30 W增加到60 W,成形试样中镁元素的含量与合金名义成分相比均未出现严重的元素蒸发。在激光功率为40W、扫描速度为300 mm/s、粉层厚度为20μm以及扫描间距为80μm时,SLM成形试样的致密度最高为98.6%。与铸态微观组织不同,SLM成形试样的微观组织主要由Mg基体、共晶相（Mg,Zn）3（Y,Sm）和Y2O3组成,未发现铸态组织中的Mg12（Y,Sm）Zn共晶相和片层状LPSO结构。在扫描轨迹中心区域晶粒形态为细小的等轴晶,其平均晶粒尺寸为1～3μm;在相邻激光光斑间的重叠区域主要为柱状晶。SLM成形试样横截面的显微硬度平均为105 HV,垂直截面为95 HV,均大于铸态合金的显微硬度（81.5HV）。纳米压痕实验发现,共晶相（Mg,Zn）3（Y,Sm）的纳米硬度远高于Mg基体,因而显著提高了SLM成形试样的显微硬度。实验合金SLM成形试样的硬化机制为晶界硬化和固溶硬化。
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