一種基于成分設(shè)計(jì)的新型3D打印高溫合金

供稿人：李鳴杰、王富 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　

高溫合金是一類具有良好的高溫強(qiáng)度、抗腐蝕性以及抗蠕變性的合金，廣泛應(yīng)用于航空航天和地面動(dòng)力系統(tǒng)的熱端部件制造。針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、不宜鑄造的高溫合金零件，增材制造技術(shù)提供了更高的設(shè)計(jì)自由度，但在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用上也存在一些問題，如較多的打印缺陷。

英國(guó)牛津大學(xué)的學(xué)者湯元博為了消除高溫合金3D打印時(shí)產(chǎn)生的微裂紋，通過合金設(shè)計(jì)（alloys-by-design）的方法成功開發(fā)了一種新型3D打印專用高溫合金ABD-850AM，并采用激光粉末床熔融（L-PBF）工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn)，相比于CM247LC和IN939這兩種合金，新型高溫合金可有效消除凝固裂紋、液相裂紋以及固相裂紋，如圖1所示。

圖1 L-PBF增材制造的ABD-850AM、CM247LC和IN939合金微觀形貌

在此基礎(chǔ)上，研究人員繼續(xù)開發(fā)了性能更優(yōu)的ABD-900AM合金。該合金在3D打印時(shí)不僅可消除大部分的裂紋和孔隙，還能大幅提高合金的抗拉強(qiáng)度及塑性，實(shí)現(xiàn)綜合力學(xué)性能的增強(qiáng)，如圖2所示。

圖2 打印態(tài)ABD-900AM的微觀形貌、屈服強(qiáng)度和塑性性能

通過高溫合金成分設(shè)計(jì)，可以從根本上改善合金3D打印產(chǎn)生的微觀缺陷，同時(shí)也能大幅提高制件的抗拉強(qiáng)度和塑性等力學(xué)性能，使將增材制造高溫合金零部件的批量化工業(yè)應(yīng)用成為可能。

參考文獻(xiàn)：
Tang Y T , Panwisawas C , Ghoussoub J N , et al. Alloys-By-Design: Application to New Superalloys for Additive Manufacturing[J]. Acta Materialia, 2020.