3D科學(xué)谷洞察

Inconel 718 骨架增強(qiáng)多孔構(gòu)件具有良好的傳熱傳質(zhì)能力，可用于制造航空航天中的高溫?zé)峁艿葘?dǎo)熱裝置。這些構(gòu)件在高溫環(huán)境下工作，需要兼顧高強(qiáng)度和良好的熱傳導(dǎo)性能，而激光粉末床熔融技術(shù)能夠精確控制孔隙率和骨架結(jié)構(gòu)，從而滿足航空航天多孔熱端部件在高溫承載下的力學(xué)性能要求?！?/p>

激光增材制造Inconel718骨架增強(qiáng)多孔結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為

齊曉紅1梁曉康2肖錚1魏征宇1劉新煒1劉壯壯1,3

1.北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院材料先進(jìn)制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實驗室2.首都航天機(jī)械有限公司3.北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院現(xiàn)代交通金屬材料與加工技術(shù)北京實驗室

“3D Science Valley 白皮書 圖文解析

鎳基高溫合金多孔構(gòu)件具有良好的傳熱傳質(zhì)能力，在航空航天等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，然而多孔材料具有明顯脆性，限制了其承載能力的提升。為實現(xiàn)多孔構(gòu)件力學(xué)性能與功能特性的協(xié)同提高，文中采用激光粉末床熔融制備Inconel718骨架增強(qiáng)多孔構(gòu)件，通過有限元數(shù)值模擬對孔隙及骨架增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在加載過程中的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析，研究不同孔隙率及骨架增強(qiáng)結(jié)構(gòu)對多孔材料力學(xué)行為的影響。正交試驗結(jié)果表明，在激光功率、掃描速率以及掃描間距3個參數(shù)中，掃描速率對孔隙率的影響最為顯著。骨架增強(qiáng)多孔結(jié)構(gòu)采用極小曲面與多孔結(jié)構(gòu)混合的方式，骨架厚度為0.5 mm時抗拉強(qiáng)度為244 MPa，呈現(xiàn)韌性斷裂。隨骨架厚度增加至0.9 mm，抗拉強(qiáng)度提升至356 MPa。骨架增強(qiáng)多孔結(jié)構(gòu)力學(xué)性能優(yōu)于多孔結(jié)構(gòu)，當(dāng)孔隙率均為26%時，骨架增強(qiáng)多孔結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度較多孔結(jié)構(gòu)提升約200 MPa，斷后伸長率提升3.5%。采用ABAQUS有限元模擬施加載荷過程中多孔材料應(yīng)力分布情況，結(jié)果表明孔隙處應(yīng)力集中明顯，先達(dá)到斷裂強(qiáng)度從而發(fā)生斷裂；隨孔隙率增加，多孔材料應(yīng)力承載能力降低。

增材制造GH4169組織及高溫性能研究

袁珂、石瑤、黃子琳、曾佳敏、王強(qiáng)

中國航發(fā)湖南動力機(jī)械研究所

采用激光選區(qū)熔化成形（SLM）制備GH4169合金，研究不同取向試樣的顯微組織、高溫拉伸和高溫持久性能，并分析試樣斷口特征。結(jié)果表明：經(jīng)熱處理后，試樣呈近等軸晶，沿晶界或晶內(nèi)分布有M23C6、MC碳化物，縱向試樣沿沉積方向存在擇優(yōu)取向。橫向和縱向試樣高溫拉伸和高溫持久性能均達(dá)到了鍛件水平，橫向試樣高溫拉伸強(qiáng)度均高于縱向試樣，但高溫持久強(qiáng)度低于縱向試樣，材料具有一定的各向異性現(xiàn)象。缺口試樣性能差異規(guī)律與光滑試樣相同，缺口處的應(yīng)力集中效應(yīng)使缺口試樣比光滑試樣表現(xiàn)出更高的強(qiáng)度。分布于晶界或晶內(nèi)的碳化物成為裂紋萌生的起點(diǎn)、產(chǎn)生微孔的核心，微孔聚集、長大、連接直至斷裂，微觀斷口未出現(xiàn)傳統(tǒng)塑性材料斷口上常見的大尺寸韌窩，僅呈現(xiàn)少量細(xì)小的韌窩伴隨大量的撕裂棱。

激光增材鎳基合金內(nèi)部疲勞失效行為研究

孫傳文1李偉1孫銳2

1.北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院2.西北有色金屬研究院難熔金屬材料研究所

內(nèi)部失效是激光增材制造鎳基高溫合金在高溫下的典型疲勞失效模式，目前對這種失效模式的認(rèn)知尚不充分。在650 °C下進(jìn)行了不同應(yīng)力比的軸向疲勞試驗，隨后采用掃描電鏡、電子背散射衍射、聚焦離子束和透射電子顯微鏡等測試技術(shù)，研究了增材制造鎳基高溫合金的多尺度內(nèi)部失效行為。結(jié)果表明，不論是否受缺陷影響，微裂紋主要從晶粒取向較軟的大晶粒處萌生，然后沿最大剪切應(yīng)力方向滑移和擴(kuò)展，形成晶體學(xué)小平面，因此與晶粒特征相關(guān)的小平面開裂是一種典型的內(nèi)部失效模式。對小平面裂紋附近的位錯結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在650 °C時，局部塑性變形是由反相邊界剪切、沉淀物旁通以及堆積層錯剪切機(jī)制的共同作用所引起的。結(jié)合裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的定義，提出了與小平面裂紋特征相關(guān)的裂紋成核壽命預(yù)測方法，預(yù)測結(jié)果與實驗結(jié)果具有較好的一致性。

投稿郵箱：2509957133@qq.com

歡迎投稿

▌三維科學(xué) l 無限可能

投稿丨 2509957133@qq.com

www.3dsciencevalley.com