摘要：2024年11月21日，澳大利亚昆士兰大学张明星教授、澳大利亚莫纳什大学Christopher Hutchinson教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《High performance plain carbon steels

在上个世纪，结构金属机械性能的提高主要是通过创造越来越复杂的化学成分来实现的。这种成分的复杂性增加了成本，造成了供应的脆弱性，并使回收变得更加复杂。

作为一种相对较新的金属加工技术，金属三维（3D）打印提供了重新审视和简化合金成分的可能性，实现合金的简化，从而使更简单的材料能够得到广泛应用。

2024年11月21日，澳大利亚昆士兰大学张明星教授、澳大利亚莫纳什大学Christopher Hutchinson教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《High performance plain carbon steels obtained through 3D-printing》的研究论文，谭启玚、Haiwei Chang为论文共同第一作者，张明星教授、Christopher Hutchinson教授为论文共同通讯作者。

张明星，澳大利亚昆士兰大学机械与矿业工程学院教授。1984年本科毕业于包头钢铁学院，1987年、1990年硕博毕业于西北工业大学，1990-1993年在包头钢铁学院任教，1997年获昆士兰大学博士学位，2000年获昆士兰理工大学硕士学位，2003年至今在昆士兰大学任教。

张明星教授的研究兴趣包括金属和MAX相材料的增材制造、高熵合金、通过机器学习进行新合金设计以及晶体学在工程材料中的应用、金属表面工程以及铸造金属的晶粒细化。

截至2019年11月，他发表学术论文约210篇，H影响因子46，总引用6600多次，i10影响因子117次，论文分别发表在Progress in Materials Science、Acta Materialia、Scripta Materialia、 Corrosion Science、Metallurgical and Materials Transactions A/B、Applied Physics Letters、Journal of Applied Crystallography、Journal of Alloys and Compounds、Materials & Design等国际知名期刊。

在这里，作者证明可以通过3D打印生产出高性能的普通碳钢。作者的3D打印普通碳钢的拉伸和冲击性能与马氏体时效钢等超高强度合金钢相当，甚至更好。

3D打印固有的连续微区熔化和快速凝固提供了足够的冷却，可以直接形成马氏体和/或贝氏体，增强钢的强度，同时保持微观结构和性能均匀性，没有尺寸限制或热处理变形和开裂。

通过操纵3D打印参数，研究人员可以调整微观结构，从而控制定制应用的属性。

这提供了一种可扩展的方法，可以在不影响机械性能的情况下减少合金复杂性，并凸显了3D打印帮助推动合金简化方面的机会。

图1：普通碳钢AISI 1080的硬化性和金属3D打印

图2：3D打印1080钢的微观结构分析

图3：3D打印1040钢的微观结构分析

图4：力学性能

综上，这篇论文研究了通过3D打印技术制造高性能的简单碳钢，发现这种碳钢在经过3D打印后，其拉伸和冲击性能可与超高强度合金钢相媲美，甚至更优越。

研究成果表明，3D打印技术能够简化合金成分，减少成本和供应链脆弱性，同时提高材料的可回收性，对于推动材料的可持续发展和简化具有重要意义。这项技术在制造高强度、复杂形状的结构部件方面，能够提供一种无需复杂合金化即可实现高性能的材料解决方案；也由于3D打印能够实现材料性能的定制化，为特定行业（如航空航天、汽车制造、建筑等）提供了优化部件设计和性能的机会。

Tan, Q., Chang, H., Liang, G. et al. High performance plain carbon steels obtained through 3D-printing. Nat. Commun.15, 10077 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54507-4.

来源：江苏激光联盟