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作者及机构
本研究由Yunfei Li（第一作者）、Dongjiang Wu、Mingze Xu等团队完成，通讯作者为Fangyong Niu。参与机构包括大连理工大学高性能精密制造国家重点实验室（State Key Laboratory of High-Performance Precision Manufacturing, Dalian University of Technology）、上海航天设备制造有限公司（Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co., Ltd.）等。研究成果发表于《Materials Letters》期刊，2024年7月25日在线发表，卷372，文章编号137083。

学术背景
本研究属于增材制造（Additive Manufacturing, AM）与金属塑性加工交叉领域，聚焦316L不锈钢的激光定向能量沉积（Laser Directed Energy Deposition, LDED）技术。传统制造方法（如铸造、锻造）难以满足复杂大型构件的快速成型需求，而LDED技术虽能实现快速成形，却因凝固特性易导致晶粒粗大和各向异性。为解决这一问题，研究者提出同步锤锻辅助LDED（Synchronous-Hammer-Forging Assisted LDED）新工艺，但其关键工艺参数——锤锻介入温度（Hammer-Forging Intervention Temperature）的影响机制尚不明确。本研究旨在揭示锤锻温度对316L微观结构与力学性能的调控规律。

研究流程与方法
1. 材料与设备
- 材料：采用气雾化316L合金球形粉末。
- 设备：自主开发同步锤锻复合LDED系统，集成LDED装置与电动锤锻装置，通过红外测温仪实时监测熔池周围温度，精确控制锤头与熔池间距（具体参数见参考文献[9]）。

1. 工艺参数设计

   • 基础LDED参数：激光功率1000 W，扫描速度4 mm/s，送粉速率7.6 g/min。
     
   • 锤锻条件：电压120 V，设置四种锤锻温度区间：
     
     • 低温（<50°C，ICD，层间冷变形）
       
     • 中温（>400°C，SWD，同步温变形）
       
     • 高温（>700°C，SHD，同步热变形）
       
     • 超高温（>1000°C，SMD，同步熔融变形）
       
   • 试样结构：单道多层薄壁（长120 mm，高40 mm）。
     

2. 微观结构表征

   • 金相分析（图2）：通过光学显微镜观察晶粒形貌（柱状晶→等轴晶转变）。
     
   • EBSD测试（图3）：统计平均晶粒尺寸（LDED样品58 μm→SHD样品17 μm）、极图强度（SHD样品降低91%）及几何位错密度（GND，SHD样品达8.4×10¹³ m⁻²，为LDED的5.25倍）。
     

3. 力学性能测试

   • 拉伸实验（图4）：测定屈服强度（YS）与极限抗拉强度（UTS）。SHD样品性能最优（YS 494 MPa，UTS 677 MPa，较LDED分别提升41%和10%）。
     

4. 数据分析

   • 晶粒细化机制：结合动态再结晶与位错累积效应，建立温度-晶粒尺寸-力学性能关联模型。
     

主要结果
1. 宏观形貌（图1）
- 锤锻温度升高使上表面由弧形过渡为平面，单层高度降低而有效宽度增加（图1f），表明高温促进材料流动与塑性变形。

1. 微观结构演变

   • 晶粒细化：锤锻使平均晶粒尺寸从LDED的58 μm降至SHD的17 μm（图3a-e）。
     
   • 温度依赖性：低温（ICD）以位错强化为主；中高温（SWD/SHD）触发动态再结晶，晶粒进一步细化；超高温（SMD）因再结晶完成导致晶粒粗化（23 μm）。
     

2. 力学性能提升

   • SHD样品综合性能最佳，其YS与UTS的提升归因于细晶强化（Hall-Petch效应）与位错强化（图4c）。
     

结论与价值
1. 科学价值
- 首次系统阐明锤锻温度对LDED 316L微观结构的梯度调控机制，提出“低温位错累积-中高温动态再结晶-超高温晶粒粗化”的理论框架。

1. 应用价值
   
   • 为航空航天、生物医疗等领域的高性能316L构件定制化制造提供工艺窗口（如SHD工艺参数）。
     

研究亮点
1. 方法创新：开发同步锤锻复合LDED系统，实现温度-变形协同调控。
2. 发现创新：揭示锤锻温度对动态再结晶与位错密度的非单调影响规律。
3. 跨学科意义：融合增材制造与传统锻压技术，突破LDED各向异性瓶颈。

其他价值
- 数据共享声明：研究数据可通过请求获取，促进学术复现与工业转化。
- 基金支持：获国家自然科学基金（52375312）、国家重点研发计划（2023YFB4605900）等多项资助。

（全文约2000字）