首页/文章/ 详情

中外六校联合顶刊丨增材制造超强纳米孪生钛合金,抗拉强度达1611MPa

11天前浏览1307
        

增材制造 Additive Manufacturing (俗称3D打印) 技术设计自由度,几乎可以制造任何复杂几何形状的零件,在航空航天、汽车、生物医学和能源领域正在引领着金属零部件制造的新时代。目前,钛合金是航空工业中使用最多的 3D 打印金属材料。钛合金广泛应用于航空航天、汽车和能源领域,通常需要复杂的铸造和热机加工,以获得承载应用所需的高强度。


澳大利亚蒙纳士大学增材制造中心黄爱军教授、朱玉满高级研究员领导的研究团队联合上海理工大学、中科院金属所、澳大利亚国立大学、澳大利亚迪肯大学以及美国俄亥俄州立大学利用 3D 打印技术实现了现有商用钛合金(BetaC合金,国内牌号TB9)力学性能的大幅提升,使其具有现有所有 3D 打印金属中最高的比强度。这项研究工作揭示了增材制造可以利用热循环和快速凝固,进而制造超强和热稳定的钛合金,这些皆可以直接呈现在其服役之中,对3D打印领域来说意义是巨大的。


           

(a)当前研究中使用的 Beta-C 粉末的 SEM 图像 (b) 粉末粒径分布 (c) 用于拉伸测试和微观结构表征的3D打印 Beta-C 部件            

研究人员利用 3D 打印工艺独特的热循环和快速凝固特点,在材料中形成致密、稳定和多重内部孪晶的独特纳米沉淀微观组织结构,从而获得前所未有的拉伸强度。虽然现有工作已经证明在纯金属中实现高密度的纳米孪晶活纳米沉淀相可以获得异常高的强度和足够的延展性,但这种具有致密内部孪晶的纳米沉淀相在现有商用合金中的研究还是首次报道。关注公众 号: 增材制造硕博联盟,免费获取海量增材资料,聚焦增材制造研究与工程应用!


该研究最大的亮点是提出了一种全新的现有商业钛合金沉淀强化方法,可直接用于生产具有复杂形状的部件,并可能应用于目前还无法实现的3D打印承载结构件制造,拓宽现有商用3D 打印钛合金在航空航天工业中的应用,并避免了航空航天领域对新型合金的昂贵、耗时长的认证和研究过程。

相关研究成果以题 “Ultrastrong Nano-twinned Titanium Alloys through Additive Manufacturing” 发表在《Nature materials》上。论文的共同通讯作者为蒙纳士大学黄爱军教授、朱玉满博士和上海理工大学王皞教授,共同第一作者为蒙纳士大学朱玉满博士、张坤博士和中科院金属所的孟智超博士研究生,中科院金属所的杨锐教授和上海理工大学张恺副教授为共同作者。

在这项工作中,研究人员使用常用的激光粉床3D打印技术,制备了一种商业钛合金 (Beta-C)。对打印试样进行了两种不同温度的直接时效热处理。下图为拉伸应力应变曲线,显示经过 480°C 和 520°C 热处理的样品具出人意料的高强度。经过 480°C 后热处理后,极限强度达到了 1611 MPa 并保持了 5.4% 的均匀伸长率。这种强度高于迄今为止报道的所有3D打印钛合金、钢、铝合金以及镍基高温合金,如下图所示。此外,这种合金的强度和延展性可以通过调整热处理方案来调控,从而满足特定应用需求。


基于激光粉末床熔合LPBF和后热处理制备的商业β-C钛合金的拉伸力学性能            
  

激光粉末床熔合LPBF成品和后热处理β-C钛合金的微观结构


这种优异的材料性能,可归因于不寻常的、致密、稳定和内部孪生的纳米析出,这在传统加工的钛合金中,是很少见的。这些纳米孪晶析出,源自于螺旋特征主导的高密度位错,并因增材制造工艺形成。            
           
           
经激光粉末床熔合LPBF制备并后热处理(480°C/6h),钛合金微观结构的纳米孪晶α析出            
           
密集螺位错周围纳米孪晶析出的分子动力学模拟            



该项研究成果,为制备独特微观结构和优异性能的结构材料奠定了坚实基础。
文献链接:
https://www.nature.com/articles/s41563-022-01359-2            

doi.org/10.1038/s41563-022-01359-2    


来源:增材制造硕博联盟

ACTAdditive航空航天汽车增材UGUM铸造材料分子动力学
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-11-16
最近编辑:11天前
增材制造博硕联盟
硕士 聚焦增材制造科研与工程应用,致...
获赞 120粉丝 66文章 528课程 0
点赞
收藏
作者推荐

国产连续纤维3D打印开拓者阿奈索三维与SolidCAM达成全球战略合作

超高机械强度的复合材料3D打印技术,正在工装夹具领域逐渐重视和应用。如果借助制造业中广泛应用的CAM软件厂商,有望将相关3D打印技术深入而又广泛地应用到目前已经存在的大市场中,成为传统制造业不可或缺的组成部分。2024 年9月18日,国际知名CAM公司SolidCAM与复合材料连续纤维3D打印开拓者阿奈索三维(Anisoprint) 达成战略合作并成为其全球代理商。SolidCam将依托其全球20余家分公司, 160 + 渠道网络及 数万家庞大用户资源,全力销售推广Anisoprint 3D打印机。通过该打印机独特的 CFC(CompositeFiber Co-Extrusion)连续纤维共挤技术,为机加工车间提供制造金属级别强度的夹具,固定装置,卡爪及末端工具的全新解决方案,大幅降低成本的同时显著提升效率。SolidCAM的辉煌征程SolidCAM 公司创立于1984 年,凭借卓越的技术实力和‌广泛的国际影响力,在 CAM领域书写了一段辉煌篇章。SolidCAM 在全球拥有160多个代理商网络,足迹遍布美国、英国、法国、德国、丹麦、加拿大、新加坡、印度、日本、中国等46个国家。它拥有超过3万家工业和教育用户,‌涉及制造业、‌电子、‌医疗、‌消费品、‌机床设计、‌汽车和航空航天工业等领域。此次全力推广 Anisoprint 3D 打印机,是对 Anisoprint 实力的高度认可与有力背书。中国3D打印品牌与日俱增的国际影响力SolidCAM 在成为全球代理商之前,考察过多家欧美上市公司,进行了全面深入的调研。作为新一代的中国科技公司,阿奈索三维有着顶尖的研发团队及最前沿的核心技术。其连续纤维 3D 打印设备,基体材料兼容性强,纤维增强结构多样性高,可在保持更低使用成本的同时满足更多应用场景,综合性能相对竞争对手有显著优势。经过长达半年的评估与对比,SolidCAM 最终坚定地选择与 Anisoprint 达成战略合作。这一举动充分表明了拥有核心技术的中国企业,正在国际增材制造的舞台上得到更多的关注与认可,并将逐步扮演更重要的角色。强强联合 坚实的合作基础SolidCAM 与 Anisoprint 的战略合作将充分发挥各自的优势,共同提升Anisoprint 在 3D 打印领域的国际影响力。SolidCAM 旗下的分公司和 160 多个代理商都将加入到分销 Anisoprint 产品的行列中来,这将给Anisoprint 拓展产品的销售渠道注入强大动力。△阿奈索与CNC机床成本对比Anisoprint 的 3D 打印在 CNC 加工所需的夹具,固定装置领域具有显著优势。传统 CNC 加工夹具过程复杂,成本高、周期长,而 Anisoprint 的 3D 打印夹具将生产时间大幅缩短至原来的 30% 以下,简化了流程,提高了效率。同时,其成本较低,响应迅速,能满足客户多元需求。连续纤维的应用使夹具强度和刚度大幅提升,不易形变,保证了加工精度和稳定性。此外,Anisoprint 的 3D 打印设备相比金属3D打印成本较低,为中小企业进入 3D 打印领域提供了便利。展望未来此次与 SolidCAM 的全球战略合作,Anisoprint有望在技术创新、市场拓展等方面实现质的飞跃。依托SolidCAM 的全球数万家客户基础,这一战略合作有望为 Anisoprint 带来高达数亿元的收入增长。随着战略合作的不断深入,Anisoprint必将在 3D 打印领域驶向更为广阔的未来。高层语录双方公司的 CEO 对此次合作高度重视并充满期待。SolidCAM 的 CEO Emil Somekh博士表示,此次合作极大地提升了公司在行业中的核心竞争优势,为客户提供更完整的解决方案与服务。在未来,我们将持续深化与 Anisoprint 的技术融合,不断探索新的应用领域,推出更多创新解决方案。Anisoprint的 CEO 刘瑞则认为,与 SolidCAM 的合作将为产品打开更广阔的市场。我们预计在未来三年内,将我们的产品应用到更多的领域,如汽车、电子、医疗等行业。同时,我们也将加强与代理商的合作,完善售后服务体系,让客户无后顾之忧。随着合作的不断深入,将会有更多创新的技术和产品推向市场,为广大制造业客户带来更多价值。来源:增材制造硕博联盟

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈