MRL：使用扫描3DXRD揭示成形增材制造钢中的3D亚晶残余应力

在工程应用中，从制造加工到使用中的加载条件，严重变形的材料普遍存在。在多晶合金的背景下，标准的热机械加工路线依赖于塑性变形（例如机加工、轧制等），然后进行后处理热处理以使微观结构再结晶，释放残余应力（RS），然而，在某些应用中，严重变形的微结构可能是优选的（例如，一个重要的示例包括金属增材制造（AM），其中极端的热梯度导致具有大的晶粒内取向差（取向梯度）和残余应力大小的复杂微观结构）。由于金属增材制造（AM）大的取向梯度和残余应力（RS）分布，3D微观结构的无损映射仍然具有挑战性。来自美国密歇根大学机械工程系的Yaozhong Zhang等人利用扫描3D X射线衍射（s3 DXRD）无损地解析激光粉末床熔合（L-PBF）中的晶内取向-应变状态和RS。SS 316L的III型冯米塞斯RS显示出显着的变化与接近晶界，并且有趣的是，在某些位置，RS的空间分布与取向梯度没有相关性，这表明凝固期间的应力松弛是由晶格旋转调节的。

图1 (a)s3DXRD测量装置的示意图。（b）六个s3DXRD扫描层的3D堆叠体积。（c）样品几何形状的XCT图像。（d）AM SS 316 L的极图显示特征纹理。（e）显示扫描层Z10内晶粒区域分布的直方图。

图2 (a)反极图（由IPF-Z颜色着色），（b）KAM图，和（c）层Z10的GND图。L-PBF SS 316 L样品内的层Z10的晶体框架中的弹性应变张量分量：（d）εe11，（e）εe22，（f）εe33，（g）εe12，（h）εe13，和（i）εe23。

图3 s3 DXRD测量L-PBF SS 316 L样品内的层Z10的应力张量分量：（a）σe11，（b）σe22，（c）σe33，（d）σe12，（e）σe13，和（f）σe23。

图4 层Z10中取向和应力的晶内与晶间分布的比较。（a）晶内von Mises应力，（b）晶粒平均von Mises应力，（d）内部晶粒的GROD和（e）KAM。欧几里得距离映射到内部晶粒的最近晶界：（c）von Mises应力和（f）KAM。距离图中的每个x值代表一个像素，其中距离单位为1µm，导致（c）和（f）中的最大距离为30 µm。

图5 在所选晶粒中，定量GROD和von Mises应力随位置变化的线图：（a）G547、（B）G272、（c）G1541和（d）G1440。

相关研究成果以“Unveiling 3D sub-grain residual stresses in as-built additively manufactured steel using scanning 3DXRD”为题发表在Materials Research Letters上，论文第一作者为Yaozhong Zhang。

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