西安交大为设计3D打印高温合金提供理论依据

陕西科技报-陕西科技传媒网(记者 周励)3 月2日,记者据西安交通大学了解到,材料学院教授陈凯、单智伟及其合作团队最新研究,为设计3D打印高温合金的非标准热处理制度提供了理论依据。相关研究成果发表于《先进材料》。

据介绍,航空发动机的叶片是由成本昂贵的单晶镍基高温合金制成。由于服役环境苛刻,单晶叶片容易受到局部损伤,发展可靠的叶片修复技术对航空发动机延寿、降成本至关重要。高温合金的标准热处理制度一般由固溶、时效组成,实践证明该工艺流程会导致3D打印高温合金发生再结晶。

该研究合作团队在国家自然科学基金与国家重点研发计划的支持下,经过系统的文献调研与综合分析,提出并证实在固溶前增加“回复”步骤,可以消除再结晶驱动力,航空发动机的叶片是由成本昂贵的单晶镍基高温合金制成。由于服役环境苛刻,单晶叶片容易受到局部损伤,发展可靠的叶片修复技术对航空发动机延寿、降成本至关重要。

而3D打印凭借其“精准定位、可控增材”的特点在单晶叶片的修复/再制造领域展现出良好的应用前景。但由于3D打印冷却速度快,容易造成高残余应力、高位错密度的亚稳态微观组织结构。这种亚稳态结构在标准热处理或服役过程中容易发生再结晶,导致材料高温力学性能下降,造成安全隐患。因此急需针对3D打印单晶高温合金目前存在的问题,研发一种新的工艺,使之满足无再结晶,应力小、位错密度低,且沉淀强化相的形貌、密度与基体高温合金一致的要求。

因西安交大合作研究团队发现的这一现象,与高温合金在高温蠕变条件下发生的筏化效应相似,且在事实上起到了回复的效果,将其命名为“筏化-回复”效应。这个新发现突破了以前观念所认为的“单晶高温合金不具备回复能力”的认知,为设计3D打印高温合金的非标准热处理制度提供了理论依据,并表明新的热处理制度完全能满足3D打印单晶叶片修复的需求。

相关论文信息:https://doi.org/10.1002/adma.201907164

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