摘要：在金属增材制造领域，如何平衡产品质量与制造成本一直是行业痛点。传统工艺往往面临表面粗糙、微观结构不均等问题，导致后续加工成本高昂。尤其对于高锰钢这类广泛应用于轨道交通、耐磨部件的高性能材料，其强塑性协同提升的需求更为迫切。近年来，研究者尝试通过工艺创新优化金属

第一作者：杨海峰

通讯作者：裴家甫

通讯单位：中国矿业大学

在金属增材制造领域，如何平衡产品质量与制造成本一直是行业痛点。传统工艺往往面临表面粗糙、微观结构不均等问题，导致后续加工成本高昂。尤其对于高锰钢这类广泛应用于轨道交通、耐磨部件的高性能材料，其强塑性协同提升的需求更为迫切。近年来，研究者尝试通过工艺创新优化金属增材制造技术，但如何实现低成本、高质量的一体化制造仍是未解难题。中国矿业大学杨海峰团队在《Journal of Materials Processing Technology》发表最新研究，通过将叠层制造与激光增材技术结合，提出了一种创新的激光叠层制造（Laser laminated object manufacturing, LLOM），分析了该工艺所制备的高锰钢（high manganese steel，HMS）的拉伸性能。该方法能够在金属增材制造中实现成本与质量的平衡，为研究增材制造金属制品的性能提供了新的视角。

一、LLOM工艺优势

得益于独特的熔池形状、材料供应方式和热传导路径，LLOM在成本和质量上都取得了相对优异的效果，实现了成本和质量的平衡。因此，有望为可加工性差的材料提供复杂形状的加工方案。

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1 LLOM单道、单层截面形貌

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2 LLOM-HMS的微观组织形貌

（1）得益于独特的熔池形成工艺，LLOM中每一层都具有平坦的上表面，抑制了增材制造过程中误差的积累，有利于平衡产品质量和成本。（2）由于独特的材料馈送方法，孔隙率尽可能地最小化，这对机械性能至关重要。（3）由于独特的热传导途径，LLOM-HMS保留了多取向的微观结构，从而降低了产品的各向异性，提高了产品的性能。

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3 LLOM-HMS的晶粒被亚晶界进一步细化

微观组织细化：LLOM继承了激光增材制造的快速非均质凝固的特点，并因此在晶粒内部形成大量亚晶界，在实质上细化了微观组织，提升了性能。

二、LLOM-HMS的力学性能提升

图4（a）LLOM-HMS的拉伸性能；（b）不同工艺制备的HMS的拉伸性能对比

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5 LLOM-HMS的加工硬化行为

力学性能提升：LLOM-HMS具有优异的力学性能，冲击吸收能为103.96 J/cm^2， YS为604±17 MPa， UTS为1239±31 MPa，断裂伸长率为32.2±0.7%。加工硬化性能优异且稳定，实现了强度和延展性的协同提高。

三、组织变化与力学贡献定量分析

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6 经过不同应变拉伸后LLOM-HMS的EBSD分析

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7 低应变（5%、10%）拉伸后的LLOM-HMS微观组织中的孪晶

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8 高应变（20%、32%）拉伸后的LLOM-HMS微观组织中的孪晶

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9 定量分析各种机制对流动应力的贡献

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10 LLOM-HMS拉伸过程中微观组织、织构取向以及强化机理的演变

微观组织取向变化及流变应力贡献分析：在无应变阶段，LLOM-HMS独特的微观结构将增强其GB强化和位错（GND）强化贡献，从而大大提高其YS。在低应变阶段，流变应力主要来源于固溶强化、晶界强化和位错强化。在高应变阶段，孪晶的形核和长大提供了额外的变形，孪晶与基体取向对称，这意味着孪晶相对于基体的取向发生了剧烈变化，这一阶段流变应力、应变和织构的增加主要来自于大量孪晶的形核和长大。

原文链接：

参考资料：

[1] Yang H, Pei J, Shi M, et al. Plastic deformation mechanism of high manganese steel via laser laminated object manufacturing[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2025, 342: 118935.

来自：激光制造前沿科学

长三角G60激光联盟陈长军转载

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来源：江苏激光联盟