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近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所（简称固体所），依托澳门太阳集团城网址9661金属增材制造系统FS273M系列，在高性能特种钢材的增材制造领域取得重要进展——成功攻克了高锰系奥氏体钢在激光粉末床熔融（LPBF）过程中的非平衡凝固难题，实现了高致密度的Fe-Mn-Al-Si系及Fe-Mn-C系LPBF基体及点阵材料制备，为航空航天等领域的轻量化与承载-吸能一体化设计提供了关键材料支撑。

相关成果以《Microstructures and mechanical properties of additively manufactured Fe–30Mn–3Al–3Si TWIP steel using laser powder bed fusion》和《Microstructures and mechanical properties of additively manufactured Fe–21Mn-0.6 C TWIP steel using laser powder bed fusion》为题，发表在Materials Science and Engineering: A和Journal of Materials Research and Technology期刊上，署名作者均为Youyun Chen, Wengang Zhai, Juhua Liang, Modi Zhao, Fusheng Han。

图为采用LPBF制备的高锰奥氏体钢点阵及块体

自2023年至今，FS273M系列设备运行稳定、一致性高，为项目提供了多场景、多维度的测试数据及打印支持。

中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所，由国际著名物理学家、中国科学院院士葛庭燧先生于1982年创建。葛庭燧先生发明了“葛氏扭摆”，揭示了晶粒间界内耗峰（葛氏峰）的微观机制，带领固体所在内耗与固体缺陷研究领域取得了卓越成就，确立了我国在非线性滞弹性学科的国际领先地位。

近期，固体所面向国家重大需求，基于固体缺陷研究机理以及晶体组织调控方法，开发出系列高性能金属材料，为我国空天极端环境用关键材料研发提供了重要支持。

在高锰奥氏体钢缓冲部件成功应用于探月/火任务后，本研究系统考察了高锰钢LPBF过程中熔池内晶粒生长、纳米富铝氧化物颗粒的强化与细化作用、固溶元素及亚结构的强化效应等。

其中，在Fe-Mn-Al-Si系非平衡凝固组织中发现了大量纳米级富铝氧化物颗粒，这些原位形成的富铝氧化物颗粒（约30nm）均匀的分布在基体中，极大了细化了Fe-Mn-Al-Si系奥氏体钢晶粒，平均晶粒尺寸为5.4μm，仅为同成分锻造态样品晶粒尺寸的十分之一。高密度位错、纳米氧化物析出相以及超细晶粒共同促使LPBF样品屈服强度大幅提升，达到锻造态材料的2.2倍，各强化因素对强度的理论贡献量分别为：位错强化约114.7 MPa，析出强化约140.9 MPa，细晶强化约289.7 MPa。纳米级富铝氧化物对奥氏体基体强化以及LPBF奥氏体合金成分设计提供了新思路。

图为Fe-Mn-Al-Si系LPBF基体中发现的大量纳米级富铝氧化物颗粒

与Fe-Mn-Al-Si系相比，Fe-Mn-C系LPBF样品表现出更高的强度和韧性，其中屈服强度为657 ± 5 MPa，断裂强度为1089 ± 12 MPa，延伸率为47.9 ± 1.4%。显微组织表征及强韧化机制分析表明，更高的屈服强度主要源于碳锰元素的固溶强化约131.1 MPa，激光熔融热循环与快速凝固导致的细晶强化约247.1 MPa，以及间隙元素碳引发的强烈位错强化约261.4 MPa。碳元素的增加也导致Fe-Mn-C系TWIP钢LPBF样品在变形过程中展现出显著的间隙原子与位错、孪晶等强烈交互作用，表现为应力应变曲线上的锯齿状流变应力。

图为Fe-Mn-C系LPBF样品中的非平衡凝固亚结构

图为Fe–30Mn–3Al–3Si 的工程应力应变曲线

澳门太阳集团城网址9661FS273M系列是面向生产型用户的高效成熟金属增材制造系统，其搭载多激光配置与光束整形技术，可打印不锈钢、钛合金、高温合金、铜合金等多种成形材料，满足从科研试制到小批量生产的多场景需求。其工艺参数开源，能助力更多新材料研发，已成为国内外科研院所与企业创新研发的得力助手。