西交大《IJP》：HEXRD揭示AM合金塑性各向異性（附招生信息）

西安交通大學(xué)崔路卿副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)外其他四家機(jī)構(gòu)，采用高能XRD衍射，澄清了除晶體織構(gòu)外其他影響增材制造合金塑性各向異性的因素。相關(guān)工作以“New insights into the anisotropic ductility of additively manufactured Inconel 718”發(fā)表于《International Journal of Plasticity》上。

第一作者：崔路卿（西安交通大學(xué)）

通訊作者：姜爽（東北大學(xué)）、何衛(wèi)鋒（西安交通大學(xué),、空軍工程大學(xué)）

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103738

研究內(nèi)容簡介：

增材制造技術(shù)由于設(shè)計(jì)自由度高，在航空航天和能源領(lǐng)域獲得大量關(guān)注,，但層層疊加的制備方式常常導(dǎo)致所得構(gòu)件的各向異性機(jī)械性能,，即當(dāng)荷載平行于增材方向時(shí)，強(qiáng)度較低但延展性較高,。在大量前人工作中,，強(qiáng)度各向異性已被系統(tǒng)研究，其微觀機(jī)制被廣泛接受與熱機(jī)械歷史誘發(fā)的位錯(cuò)強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化有關(guān),。然而,，塑性各向異性由于影響因素的復(fù)雜性，迄今為止很少有工作涉及其微觀形成機(jī)理,。僅有的工作也將其歸咎于晶體織構(gòu)的影響,，但近期研究表明弱/無織構(gòu)增材制造合金仍具有顯著的塑性各向異性，這表明其他因素也可能發(fā)揮關(guān)鍵作用,。

金屬材料延展性受到塑性變形中微孔演變的影響,，而微孔演變由其所處空間應(yīng)力狀態(tài)決定。例如,，在三向拉應(yīng)力狀態(tài)下,，微孔膨脹，這不利于延展性,。相反,，在三軸壓應(yīng)力下，它們會(huì)收縮或愈合,，這對于延展性有利,。受此啟發(fā)，西交大崔路卿副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)外其余四家機(jī)構(gòu),，結(jié)合理論分析,、高能XRD和多尺度表征手段，深度揭示了除晶體織構(gòu)外其他影響增材制造合金塑性各向異性的因素,。

本工作首先通過打印參數(shù)調(diào)控及后處理獲得了弱織構(gòu)增材制造IN718合金（圖1）,，但其仍表現(xiàn)出顯著的延展性各向異性（圖2），隨后對其微裂紋行為進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn),，微裂紋萌生于晶界δ相與基體脫粘,，并與γ′和γ′′共格析出相形成的微孔相連接（圖3），從而導(dǎo)致合金沿晶斷裂的發(fā)生（圖4和圖5）,。其次,，作者從晶粒所受三向應(yīng)力狀態(tài)、晶粒形狀,、微孔應(yīng)力集中因子,、晶界取向?qū)υ霾闹圃旌辖鹚苄愿飨虍愋赃M(jìn)行了分析。

本工作首次揭示了垂直樣品中{220}晶系負(fù)三向應(yīng)力指數(shù)導(dǎo)致塑性變形后期微孔發(fā)生閉合（圖6）,，從而導(dǎo)致垂直樣品具有更高延伸率,。此外，晶粒形狀（圖7）,、微孔應(yīng)力集中因子（圖8）,、晶界取向（圖9）同樣對于合金塑性各向異性具有重要影響。

圖1. 經(jīng)打印工藝調(diào)控及后處理的增材制造IN718典型微觀組織,，晶粒和δ相均呈橢圓形,，δ相沿晶界均勻分布，且合金整體織構(gòu)強(qiáng)度很低,。

圖2. 弱織構(gòu)增材制造IN718合金仍表現(xiàn)出顯著延展性各向異性,，說明除織構(gòu)外還有其它影響增材制造塑性的因素。

圖3. 微裂紋萌生于晶界δ相與基體脫粘,，并與γ′和γ′′共格析出相形成的微孔相連接,，從而導(dǎo)致合金發(fā)生沿晶斷裂。

圖4. 斷裂前后合金組織中GND位錯(cuò)密度分布,，可以看到不同取向晶粒協(xié)調(diào)變形導(dǎo)致應(yīng)力集中主要分布于晶界附近,，最終導(dǎo)致合金發(fā)生沿晶斷裂。

圖5. IN718多相合金拉伸斷裂過程示意圖,。

圖6. 由圖（c）和圖（d）分析可知IN718臨界應(yīng)力指數(shù)（TF）在0.3和0.4之間,，再結(jié)合圖（a）和圖（b）可知垂直樣品中當(dāng)應(yīng)變超過13%時(shí)，{220}晶系TF值低于0,，此時(shí)微孔會(huì)發(fā)生閉合,，因此本工作首次揭示{220}晶系負(fù)TF值是導(dǎo)致延展性各向異性的重要因素。

圖7. 本研究中IN718合金晶�,？珊喕癁闄E圓,，此時(shí)沿不同方向進(jìn)行加載,，引起晶界δ相與基體脫粘所占圓弧長度是不同的。結(jié)合圖（e）,，并經(jīng)定量計(jì)算可知,，水平和垂直加載所對應(yīng)圓弧分別為33.335（圖e中紅線，即SH-E）和20.463 μm（圖e中藍(lán)線,，即SV-E）,，據(jù)此可知晶粒形狀對于延展性各向異性具有一定作用。

圖8. 微裂紋是由于δ相與基體脫粘,，且δ相呈橢圓形,，因此可分析不同方向進(jìn)行加載時(shí)δ相沿的應(yīng)力集中因子，可知水平和垂直時(shí)應(yīng)力集中因子各為18.55和1.47,，因此水平加載微裂紋更容易產(chǎn)生,，塑性更低。微孔應(yīng)力集中因子對于延展性各向異性具有一定作用,。

圖9. 晶界取向?qū)τ谘诱剐愿飨虍愋跃哂幸欢ㄗ饔谩?/div>

團(tuán)隊(duì)介紹及招生信息：

一.團(tuán)隊(duì)簡介

本團(tuán)隊(duì)為西安交通大學(xué)激光智能制造團(tuán)隊(duì),，隸屬于航空動(dòng)力系統(tǒng)與等離子體技術(shù)全國實(shí)驗(yàn)室，由李應(yīng)紅院士領(lǐng)銜,，主要從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件（金屬材料如鈦合金,、高溫合金等）激光先進(jìn)制造抗疲勞與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相關(guān)研究工作，旨在解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與使用過程中面臨的“卡脖子”問題,，具體包括激光表面強(qiáng)化,、激光增材制造、激光復(fù)合制造,、飛秒激光微納制造與仿生設(shè)計(jì),。團(tuán)隊(duì)成員論文多發(fā)表于頂刊《Acta Materialia》、《International Journal of Plasticity》,、《Scripta Materialia》,、《Journal of Materials Science & Technology》等。團(tuán)隊(duì)師生關(guān)系和諧,、經(jīng)費(fèi)充足,、設(shè)備先進(jìn)！

二.招聘方向

金屬材料,、增材制造,、力學(xué)、物理,、機(jī)械工程

三.招生條件

1.已獲得或近期獲得上述相關(guān)專業(yè)的碩士或本科生,；

2.有責(zé)任心、動(dòng)手能力強(qiáng),、勤勉努力,、富有團(tuán)隊(duì)合作精神,，具有一定的獨(dú)立科研能力。

符合以下條件者將予以優(yōu)先考慮（非硬性條件）：

（1）有使用TEM,、SEM,、EBSD等材料表征經(jīng)驗(yàn)；

（2）以主要完成人身份發(fā)表過SCI學(xué)術(shù)論文,；

（3）有良好的中英文寫作能力;

3.團(tuán)隊(duì)傾向招收有意攻讀博士學(xué)生；

4.其余招生信息科參考http://mec.xjtu.edu.cn/info/1082/11932.htm,、http://mec.xjtu.edu.cn/info/1083/12170.htm,。

四.聯(lián)系方式

崔老師，電子郵件：[email protected]

團(tuán)隊(duì)每年可招收多名碩士,、博士,，最近機(jī)會(huì)在今年9月的研究生推免，歡迎大家推薦,、咨詢,、聯(lián)系！