南科大王帥團(tuán)隊(duì)提出適用于3D打印金屬力學(xué)性能的預(yù)測模型

來源：南方科技大學(xué)

2022年5月，南方科技大學(xué)機(jī)械與能源工程系副教授王帥團(tuán)隊(duì)在金屬增材制造領(lǐng)域取得研究進(jìn)展,，相關(guān)論文以“Evolution of dislocation cellular pattern in Inconel 718 alloy fabricated by laser powder-bed fusion”為題發(fā)表在增材制造領(lǐng)域頂刊Additive Manufacturing。研究團(tuán)隊(duì)提出了一種適用于3D打印金屬力學(xué)性能的預(yù)測模型,，有助于3D打印金屬的性能控制理論的發(fā)展,，以期實(shí)現(xiàn)航空航天、新能源等關(guān)鍵領(lǐng)域關(guān)鍵裝備的“控形-控性”一體化高品質(zhì)制造,。

位錯(cuò)是晶體材料內(nèi)的一種微觀缺陷,，位錯(cuò)密度、分布和特征尺寸顯著影響晶體材料的宏觀力學(xué)性能,。金屬3D打印是一項(xiàng)全新的數(shù)字化先進(jìn)制造技術(shù),。采用3D打印技術(shù)制備的合金中普遍存在一種典型的晶粒內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)——位錯(cuò)胞狀結(jié)構(gòu)。盡管研究表明,，位錯(cuò)胞狀結(jié)構(gòu)是3D打印合金強(qiáng)度提高的主要原因,，但是位錯(cuò)胞狀結(jié)構(gòu)在塑性變形過程中的演化規(guī)律仍然不清楚，弄清楚位錯(cuò)胞狀結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律對(duì)理解材料強(qiáng)化機(jī)制和加工硬化行為至關(guān)重要,。

Inconel 718合金是目前應(yīng)用最為廣泛的高溫合金之一,，在600℃以上仍具有良好的強(qiáng)度、疲勞壽命,、抗腐蝕和抗蠕變性能,，在航空航天、石油天然氣行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,。研究團(tuán)隊(duì)采用多尺度表征手段,，系統(tǒng)研究了激光粉末床熔融技術(shù)制備的Inconel 718合金的微觀組織特征以及位錯(cuò)胞狀結(jié)構(gòu)在拉伸變形過程中的演化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),，Inconel 718合金中存在豐富的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)（圖1）,。位錯(cuò)胞狀結(jié)構(gòu)在拉伸變形中不會(huì)自分化演化（圖2），與經(jīng)過劇烈變形后金屬中產(chǎn)生的位錯(cuò)胞不同,。在拉伸變形過程中,，合金的塑性變形方式主要由位錯(cuò)滑移主導(dǎo)，在高應(yīng)變水平下變形孿晶也參與協(xié)調(diào)塑性變形,。研究結(jié)果表明,，位錯(cuò)胞狀結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化機(jī)制不能單純用Taylor公式或者Hall-Petch公式解釋（圖3）。

圖1激光粉末床熔融制備Inconel 718合金中豐富的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)

圖2位錯(cuò)胞狀結(jié)構(gòu)在不同應(yīng)變下的形貌：A1-A2, ε=5%, B1-B2, ε=10%, C1-C2, ε=20%, D1-D2, ε=34.2% (strain-to-failure).

圖3位錯(cuò)胞狀結(jié)構(gòu)尺寸與流變應(yīng)力關(guān)系

南方科技大學(xué)機(jī)械與能源工程系研究助理教授何明琳為論文第一作者,，王帥為論文通訊作者,。南科大是論文第一單位。該項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金以及深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)的支持,。



論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S221486042200238X