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中科院金属所顶刊丨基于激光增材制造技术开发高疲劳裂纹扩展抗力钛合金

4月前浏览2638
                 
中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心张广平研究团队通过开展具有不同显微组织的激光增材制造成形TA19钛合金的疲劳裂纹扩展试验研究,结合增材制造件的疲劳裂纹扩展行为与α片层和柱状β晶界的交互作用,以及成形件柱状晶生长方向对内部α片层长轴取向影响的理论计算,提出了一种可以提升激光增材制造TA19钛合金件疲劳裂纹扩展抗力的显微组织设计和打印成形优化策略。                      

成形件疲劳裂纹扩展抗力与激光增材制造工艺参数所主导的钛合金柱状晶生长方向之间的关系的发现为基于激光增材制造技术开发具有高疲劳裂纹扩展抗力的钛合金提供了一种崭新的思路。相关研究成功发表在材料领域的顶级国际期刊《Journal of Materials Science & Technology》上。

              Graphical abstract                                     
                     

研究背景

                     

论文亮点

(1) 激光增材制造钛合金柱状β晶粒的生长方向是控制其内部片层α相与外加应力方向间夹角以及柱状β晶界处疲劳裂纹偏折角度大小的主要因素;

(2) 提出了一种提高激光增材制造钛合金疲劳裂纹扩展抗力的微观组织设计及3D打印策略的优化成形方案。

论文图文解析

图1 (a) 热处理示意图、(b) 制备态、(c) 940 ℃固溶+空冷+时效(940SAA)、(d) 970SAA、(e)1030SAA和(f)1030 ℃固溶+炉冷+时效(1030SFA)样品的OM和SEM显微组织照片

                       
                       

图2 (a) 疲劳裂纹扩展速率曲线,(b) 疲劳裂纹扩展门槛值与样品微观组织特征尺寸间关系,(c) 940SAA样品近门槛阶段疲劳裂纹扩展路径,(d) 940SAA样品断口上近门槛阶段疲劳裂纹扩展行为

图3 (a) 增材制造系统坐标系(X-Y-Z)示意图,(b) β晶粒的晶体坐标系(x[100]-y[010]-z[001])示意图,(c) 片层α相的三维空间惯习生长方向示意图

图4 (a) 疲劳裂纹在柱状β晶界处偏折的OM显微组织照片,(b) 疲劳裂纹在片层集束边界处偏折的OM显微组织照片

图5 (a) 柱状晶生长方向对内部片层α相长轴取向的影响示意图,(b)疲劳裂纹在柱状β晶界处或片层集束边界处的偏折角度,(c) γ角与φ角间的关系

                       

图6 (a) 高疲劳裂纹扩展抗力钛合金的微观组织结构设计方案示意图,(b)激光金属沉积成形扫描策略、(c)扫描速度与激光功率参数设计方案示意图

结论与展望

来源:增材制造硕博联盟
ACT疲劳航空航天增材裂纹理论材料控制试验
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首次发布时间:2024-02-23
最近编辑:4月前
增材制造博硕联盟
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