图85%染色后L-PBF和DED 316L SS滑移带的扫描探针显微镜表征 。 (a)2D和(b和c)3D地形图像显示L-PBF 316L SS中粗糙而稀疏的滑移带 ， 具有显著的剪切偏移 。 (d)2D和(e和f)3D地形图像显示DED 316L SS中细小而均匀的滑移带 ， 具有边缘剪切偏移 。 注意(b)和(e)是从俯视图拍摄的3D地形 ， (c)和(f)分别是相对于(b)和(e)沿水平轴旋转40°获得的相同3D图像 。
相反 ， 在DED 316L样品中 ， 穿透细胞结构的细滑移带占主导(图8d) 。 事实上 ， 这些滑移带的剪切偏移非常低 ， 这可以从边缘高差中得到证明 ， 这可以通过与之相关的颜色变化来直观地表现出来(图8e和f) 。 这些滑移带的平均剪切偏移和间距分别为5.63±1.14nm和0.66±0.07μm ， 比L-PBF 316L样品的平均剪切偏移和间距低近一个数量级 。 L-PBF和DED 316L样品中滑移带的显著对比也在其他方向的形变晶粒上观察到(图S6) 。 大块样品中滑移带特征的差异与形变矿柱中观察到的滑移带特征一致 ， 即L-PBF 316L矿柱中存在局部滑移活动(图6c) ， 而DED 316L矿柱中滑移带均匀而致密(图6d) 。
从拉伸测试的L-PBF 316L样品中获得的典型透射电子显微镜图像如图9a所示 ， 显示了滑移带和细胞结构/位错网络的相互作用 。 所获得的选定区域衍射图样如插图所示 。 使用它 ， 我们确定形变特征是滑动带 ， 而不是在(111)平面上传播的孪晶 。 正如黄色虚线圈所强调的 ， 滑移带穿过了细胞边界 ， 这与扫描电镜表征的结果一致(图7a) 。 相反 ， 其他一些滑移带终止于由红色虚线圈所标记的细胞边界 ， 这与观察到的一些滑移带停止在晶粒内部(图7a)传播很吻合 。 这一观察结果表明 ， L-PBF 316L中由分离元件和位错网络装饰的细胞边界能显著抵抗滑移位错 ， 但不能完全抑制滑移位错 。 对于DED 316L ， 确定了在(11)平面上传播的紧密间隔滑移带 。 应该注意的是 ， 要仔细观察DED 316L中滑移带和细胞结构之间的相互作用是很有挑战性的 ， 因为仅由沿细胞边界的元素分离产生的对比相当微弱 。 但其滑移带密度较高 ， 形变较为均匀 。
图9形变(a) L-PBF和(b) DED 316L样品的透射电子显微镜图像 。 (a) L-PBF 316L的滑带要么穿过 ， 要么终止在细胞边界处 。 (b) DED 316L中密集而均匀的滑移带图像 。
2.4.塑料性能的尺寸依赖性
M-PBF 316L、L-PBF IN718和DED 316L柱随D变化的σY变化如图10所示 。 为便于比较 ， 还给出了试件在单轴压缩时的σY值 。 (典型应力-应变响应见图6b和图S7)在讨论趋势之前 ， 需要注意的是 ， 所有的σY(无论是体块还是微柱)都明显高于使用常规方法制造的各自合金的σY 。 (如CM316L的σY为约220到270MPA[43
。 )
图10L-PBF 316L SS、L-PBF Inconel 718和DED 316L SS柱屈服强度随柱径的变化规律 。 相应体积样品的屈服强度用实箭头表示 。
对于L-PBF 316L和IN718柱 ， σY随D的增大而急剧减小 ， D约为5μm ， 且斜率相似 。 当D为1~5μm时 ， L-PBF 316L和L-PBF IN718的幂律指数m(等式：σY=AD?m ， 其中A为常数[36
)分别为0.14和0.12 。 当D大于5μm时 ， σY渐近于块状合金的σY 。 对于DED 316L合金柱 ， 在1~3.5μm的D范围内 ， σY的下降幅度明显大于L-PBF合金在相同D范围内的下降幅度(m=0.24) 。 值得注意的是 ， CM奥氏体柱的m值更大 ， 为0.35(图S8 ， 数据提取自现有文献[44
) ， 说明σY对D的依赖性更强 。 随着合金的制造路线从传统转变为定向能量沉积 ， 最后转变为激光粉末床熔合 ， 观察到m的逐渐减少 ， 表明内在的内部结构在决定其内部微柱的力学响应方面起着越来越重要的作用 。 如图10所示 ， L-PBF 316L和IN718合金的σY在D约为8~10μm时趋于渐近达到体样水平 。
除了σY外 ， 还评估了对D和增材制技术(激光粉末床熔合vs定向能量沉积)敏感的柱的加工硬化行为 。 为此 ， 通过评估在塑性应变窗口曲线斜率θ1和θ2分别为[45
0~2%和2%~5%来确定各种柱的加工硬化速率(dσ/dε) 。 选择了两个应变窗口是基于在塑性形变开始时 ， 位错形核可能主导加工硬化行为 ， 而在较大塑性应变[46
时 ， 位错-位错相互作用将主导加工硬化行为 。 这里需要注意的是 ， 我们没有考虑整个塑性应变状态来评估加工硬化行为(尽管对高达12%的工程应变进行了压缩试验) ， 因为在大应变时观察到柱的显著胀形(例如 ， 见图6e) ， 这将使应力和应变计算(根据初始柱高和直径)不准确 。 在评价θ1和θ2时 ， 应力-应变响应中的锯齿被掩盖 。
图11加工硬化率(a)在0-2%塑性应变范围内 ， θ1 ， 和(b)在2-5%塑性应变范围内 ， θ2 ， 作为柱径的函数的变化 。
推荐阅读
- 世界是被造物主设计的？它与人类程序员不谋而合，宇宙是代码吗？
- 我花20万买的车位，凭什么每个月还得交100元管理费，合理么？
- 2022年度“十大基础研究关键词”揭晓 薛其坤、颜宁等顶尖学者共话人类未来
- 绿藻（小球藻）-单细胞生物
- SpaceX向空间站发射第26次补给任务，老外也开始研究空间站种菜了
- 人类眼睛是个非常精密的仪器
- 铬钼钢混合激光电弧焊的热冶金模拟与性能评价
- 玛雅文明有多先进？数千年的壁画被还原，上面的内容令人惶恐不安
- 七种最凶猛的淡水鱼，鳄雀鳝堪称水中杀手，你钓到过几种？