華南理工大學機械與汽車工程學院教授王智團隊與新加坡南洋理工大學教授Upadrasta Ramamurty團隊合作，研究揭示了均勻β相韌帶分布對雙相片層組織鈦合金的高溫斷裂行為和疲勞行為的影響機理。相關成果近日在線發表于《材料學報》（Acta Materialia）。
論文共同通訊作者王智表示，該研究揭示了L-PBF打印態（近全馬氏體）和退火態組織（α+β片層）的形成，以及其與拉伸性能、斷裂韌性和疲勞裂紋擴展行為的關系，并剖析了α+β片層組織中β相韌帶在合金強韌化中的關鍵作用。
增材制造（3D打印）是智能制造時代的關鍵技術之一。增材制造鈦合金技術能夠制造出形狀復雜、精度高、性能優良的構件，并大大縮短制造周期、降低制造成本，已成為航空航天等先進制造領域的關鍵核心技術。為了廣泛應用該技術，科學家需要深入理解該類構件在高溫下的斷裂韌性、抗疲勞裂紋擴展等損傷容限性，但國內外均缺乏相關研究。
該研究發現，打印態合金形成粗大柱狀初生β晶粒，在β晶粒內部形成精細亞穩態馬氏體組織，在馬氏體組織中存在高密度位錯、層錯和孿晶等。當退火后，板條間析出β相韌帶，轉為α+β片層組織，尺寸依然保留打印態快冷的細小特征。
論文第一作者、華南理工大學博士研究生謝美燊表示，隨著力學性能測試溫度的增加，打印態合金強度下降，斷裂韌性則先增后降。退火導致合金在室溫和高溫下強度降低，但延伸率、斷裂韌性均有所提高。
該研究表明，均勻β相韌帶分布對雙相片層組織鈦合金的高溫斷裂行為和疲勞行為具有關鍵影響。這一科學機理能夠促進航空發動機關鍵復雜構件等的快速研發和應用，提升增材制造鈦合金航空航天高端零部件的使用壽命和環境適應能力。
王智表示，該研究為增材制造鈦合金的斷裂失效行為研究提供了技術和理論指導，推動提升航空增材制造關鍵技術能力。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120211
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