一种基于成分设计的新型3D打印高温合金

2022 年 03 月 28 日

高温合金是一类具有良好的高温强度、抗腐蚀性以及抗蠕变性的合金,广泛应用于航空航天和地面动力系统的热端部件制造。针对复杂结构、不宜铸造的高温合金零件,增材制造技术提供了更高的设计自由度,但在实际工业应用上也存在一些问题,如较多的打印缺陷。

英国牛津大学的学者汤元博为了消除高温合金3D打印时产生的微裂纹,通过合金设计(alloys-by-design)的方法成功开发了一种新型3D打印专用高温合金ABD-850AM,并采用激光粉末床熔融(L-PBF)工艺进行实验验证。研究发现,相比于CM247LC和IN939这两种合金,新型高温合金可有效消除凝固裂纹、液相裂纹以及固相裂纹,如图1所示。

图1 L-PBF增材制造的ABD-850AM、CM247LC和IN939合金微观形貌
在此基础上,研究人员继续开发了性能更优的ABD-900AM合金。该合金在3D打印时不仅可消除大部分的裂纹和孔隙,还能大幅提高合金的抗拉强度及塑性,实现综合力学性能的增强,如图2所示。

图2 打印态ABD-900AM的微观形貌、屈服强度和塑性性能
通过高温合金成分设计,可以从根本上改善合金3D打印产生的微观缺陷,同时也能大幅提高制件的抗拉强度和塑性等力学性能,使将增材制造高温合金零部件的批量化工业应用成为可能。

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