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TUhjnbcbe - 2021/2/25 17:35:00
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导读:增材制造有望实现高经济价值金属材料生产的重大转变,从而实现几何形状复杂的创新设计,且材料浪费最少。目前首要的挑战是设计出与独特的增材制造条件兼容的合金,同时保持材料性能。本文制备了一类高强度、抗缺陷的可打印3D高温合金,其中含有大致相等的Co和Ni以及Al,Cr,Ta和W,它们在打印和后处理后的强度超过.GPa,并且室温下拉伸延展性大于3%。该合金可通过电子束熔化(EBM)以及选择性激光熔化(SLM)进行无裂纹3D打印。基于金属的增材制造(AM)或三维(3D)打印已使具有近终型的金属部件的制造成为可能,而这些几何部件具有通过常规制造技术无法实现的最佳几何形状。提高设计灵活性已引起人们对3D打印方法的极大兴趣。但是,目前仅数量极少的合金可适应金属基增材制造,由于该过程中存在复杂热环境。金属增材制造基本上是重复的焊接过程,使用定向能源来局部熔化和焊合材料。因此,用于AM的候选材料倾向于是可焊接合金,它们不易受到液相中的开裂机制(如液化开裂或热撕裂)或固相应力的影响,例如,应变时效裂纹和延性倾斜裂纹。由于镍基高温合金在高温下具有出色的力学性能,因此成为飞机发动机结构组件的首选材料。高γ?体积分数的Ni基高温合金,高强度铝合金和耐火合金在内的高性能工程合金的开裂敏感性,代表了在关键应用中将这些合金用于增材制造组件的主要障碍。对于在较低温度下使用的合金(例如高强度铝合金),通过粉末表面的功能化控制熔池中的晶粒成核可以缓解开裂问题。然而,这导致晶粒尺寸小,这对于高温操作是不利的。最近已经针对AM的合金开发采取了几种不同的策略。通过原子尺度的晶界工程成功制造了不可焊接的镍基高温合金。此外,增材制造允许在打印前混合合金粉末,从而制造出具有独特微观结构的金属-金属复合材料,这是其他方法难以实现的。由于镍基高温合金具有出色的机械性能,人们希望它具有γ-γ?微观结构,因此我们试图设计一种合金,该合金含有高γ?体积分数,同时又保持良好的可打印性。在此,加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校、美国桑迪亚国家实验室、橡树岭国家实验室以及卡朋特科技公司(卡本特科技公司)开发了一种可通过选择性激光熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)进行加工的CoNi基高温合金,可产生无裂纹的组件。凝固过程中溶质的低偏析降低了液体介导的开裂敏感性,降低的γ?固溶温度可在凝固完成后缓解开裂。室温拉伸试验表明,与目前正在研究AM的其他Ni基高温合金相比,CoNi基高温合金具有出色的延展性和强度的组合。相关研究成果以Adefect-resistantCo–Nisuperalloyfor3Dprinting为题发表在Nature
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