本文由长沙理工大学程声昊、吴翔、白浩玮、刘玉敬，上海交通大学王一浩，西澳大学王金成等学者共同完成，发表于《特种铸造及有色合金》2025年第45卷第3期，题目为《选择性激光表面处理对2060 Al-Li合金的塑性的影响》。研究通过原位拉伸二维应变试验和分子动力学模拟，发现激光间隔扫描在合金表面形成粗晶和细晶交替排列的微观组织，显著提高其塑性，处理后合金总伸长率提升47.2%。这种交替结构改变了拉伸剪切带扩展方向，减缓了剪切变形区微裂纹的形成和扩展，为Al-Li合金的强化处理提供了参考。

“

【研究亮点】

通过激光间隔扫描，在合金表面构建“粗晶-细晶交替带”，细晶区晶粒尺寸较原始粗晶降低两个数量级，形成异质结构调控塑性变形。在保持强度的前提下，总伸长率提升47.2%，打破传统方法中强度与塑性难以兼得的瓶颈。结合原位拉伸DIC试验与分子动力学模拟，从宏观应变演化到原子尺度位错运动，全面揭示激光处理提升塑性的机制。

“

【研究方法】

采用2060 Al-Li合金板材，经固溶处理、冷轧后，进行激光间隔扫描和全面扫描处理，对比分析微观组织和力学性能。

利用EBSD（电子背散射衍射）观察晶粒结构，DIC（数字图像相关技术）原位监测拉伸过程中的应变分布，扫描电镜（SEM）分析断口形貌。

使用LAMMPS软件构建不同晶粒结构模型，模拟拉伸变形过程中位错发射、裂纹扩展及应力分布，从原子层面解析塑性提升机制。

图12060 Al-Li合金试样激光扫描过程和拉伸试样示意图

1. 基板2.熔池3.激光束

“

【内容解读】

1. 激光重熔表面的微观结构

间隔扫描形成宽度130μm的细晶条带，平均晶粒尺寸4.22μm，较基体（>100μm）降低约两个数量级，硬度从HV110提升至HV150以上。

熔池边缘因快速冷却形成极细纳米晶粒（“碗状”边界），中心区域冷却较慢，形成沿方向排列的细长晶粒，晶界处位错密度显著增高。

图2激光扫描后的EBSD及对应区域硬度和晶粒尺寸

图3激光扫描及其诱导熔池的位移和晶粒形态平面和截面

图4合金试样间隔重熔区侧面平面和截面EBSD及相对应的KAM图

图5微细颗粒区域放大的EBSD及其相对应KAM图

2.力学性能

原始试样伸长率9.7%，间隔扫描试样提升至14.6%（+47.2%），强度略有提高（屈服强度464.9MPa vs 原始458.6MPa），加工硬化现象明显。

表面细晶带与芯部粗晶区协同配分应变，异质界面促进位错有序排列，背应力强化和裂纹扩展阻力共同作用提升塑性。

图62060 Al-Li合金试样的工程应力-应变曲线和相应的加工硬化率

3. 裂纹扩展DIC分析

原始试样出现45°集中剪切带，裂纹快速扩展；间隔扫描试样应变均匀分布于粗晶区，细晶带有效阻碍剪切带形成，延缓裂纹萌生。

细晶区高密度位错和残余压应力持续抵抗裂纹形成，应变集中向基体区转移，实现“细晶强阻碍+粗晶缓变形”的协同效应。

图7室温拉伸试样的数字图像关系（DIC）表征应变分布

4. 断口分析与分子动力学模拟

断裂后仍可见粗细晶交替排列，细晶区在大角度晶界处位错密度更高，有效配分应力，减缓晶界滑移。

粗晶中滑移带易引发应力集中和裂纹快速扩展；细晶区晶界阻碍位错发射，形成背应力场，增加裂纹扩展难度，与实验结果一致。

图8激光间隔扫描试样拉伸断口的EBSD分析

图9初始Al-Li合金和间隔激光扫描Al-Li合金在拉伸变形过程中两组的模拟结果

图10初始Al-Li合金和间隔激光扫描Al-Li合金在模拟拉伸过程应变图

“

【主要结论】

激光间隔扫描在2060 Al-Li合金表面形成“粗晶-细晶交替带”，细晶区晶粒尺寸较原始降低两个数量级，硬度提升36.4%。交替结构改变应变模式，诱导剪切带方向变化，减缓微裂纹形成与扩展，使总伸长率提升47.2%，强度保持稳定。原位DIC与分子动力学模拟结合，揭示从宏观应变到原子位错的协同调控机制，为Al-Li合金表面改性提供理论支撑。

“

【引用格式】

-中文：程声昊，吴翔，白浩玮，等. 选择性激光表面处理对2060 Al-Li合金的塑性的影响［J］. 特种铸造及有色合金，2025，45（3）：334-341.

-英文：CHENG S H，WU X，BAI H W，et al. Effects of selective laser surface treatment on plasticity of 2060 Al-Li alloy［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2025，45（3）：334-341.

扩展阅读：欢迎登陆，阅读、下载、引用《特种铸造及有色合金》期刊上发表的论文。

“我是特种铸造及有色合金的AI小铸手，您有任何问题都可以问我哦”