近日，華南理工大學(xué)與新加坡南洋理工大學(xué)合作，揭示了均勻β相韌帶分布對(duì)雙相片層組織鈦合金的高溫?cái)嗔研袨楹推谛袨榈挠绊憴C(jī)理。該項(xiàng)研究為增材制造鈦合金的斷裂失效行為研究提供了技術(shù)和理論指導(dǎo)，推動(dòng)提升航空增材制造關(guān)鍵技術(shù)能力。
增材制造（3D打?。┦侵悄苤圃鞎r(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)之一。增材制造鈦合金技術(shù)能夠制造出形狀復(fù)雜、精度高、性能優(yōu)良的構(gòu)件，并大大縮短制造周期、降低制造成本，已成為航空航天等先進(jìn)制造領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)。
為了廣泛應(yīng)用該技術(shù)，科學(xué)家需要深入理解該類構(gòu)件在高溫下的斷裂韌性、抗疲勞裂紋擴(kuò)展等損傷容限性，但國(guó)內(nèi)外均缺乏相關(guān)研究。在本項(xiàng)研究中，華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院王智教授課題組聯(lián)合新加坡南洋理工大學(xué)Upadrasta Ramamurty教授團(tuán)隊(duì)，揭示了L-PBF打印態(tài)（近全馬氏體）和退火態(tài)組織（α+β片層）的形成，以及其與拉伸性能、斷裂韌性和疲勞裂紋擴(kuò)展行為的關(guān)系，并剖析了α+β片層組織中β相韌帶在合金強(qiáng)韌化中的關(guān)鍵作用。
團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，打印態(tài)合金形成粗大柱狀初生β晶粒，在β晶粒內(nèi)部形成精細(xì)亞穩(wěn)態(tài)馬氏體組織，在馬氏體組織中存在高密度位錯(cuò)、層錯(cuò)和孿晶等。當(dāng)退火后，板條間析出β相韌帶，轉(zhuǎn)為α+β片層組織，尺寸依然保留打印態(tài)快冷的細(xì)小特征。
隨著力學(xué)性能測(cè)試溫度的增加，打印態(tài)合金強(qiáng)度下降，斷裂韌性則先增后降。退火導(dǎo)致合金在室溫和高溫下強(qiáng)度降低，但延伸率、斷裂韌性均有所提高。
本項(xiàng)研究表明均勻β相韌帶分布對(duì)雙相片層組織鈦合金的高溫?cái)嗔研袨楹推谛袨榫哂嘘P(guān)鍵影響。這一科學(xué)機(jī)理能夠促進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵復(fù)雜構(gòu)件等的快速研發(fā)和應(yīng)用，提升增材制造鈦合金航空航天高端零部件的使用壽命和環(huán)境適應(yīng)能力。
相關(guān)成果以“High-Temperature Fracture Behavior of an α/β Titanium Alloy manufactured using Laser Powder Bed Fusion”為題，在線發(fā)表在金屬材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊Acta Materialia上。華南理工大學(xué)為成果第一署名單位，博士研究生謝美燊為第一作者，王智教授為共同通訊作者。
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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120211
