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3-D打印消除了传统超合金中的不良特性

发布时间:2018-12-06 22:58:01

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据一组材料科学家认为,这可能导致新的制造技术允许具有定制特性的合金,在传统加工的超合金中发现的不良特性在三维印刷的镍基高温合金中不存在。

这种称为动态应变时效(DSA)的特性发生在受到应力的高温金属中。在常规加工的材料中,如果存在DSA,则材料的强度随施加的变形而波动,导致锯齿状应力 - 应变曲线。

由宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程助理教授Allison Beese领导的研究人员使用中子衍射表征和橡树岭国家实验室的机械测试,测试了3-D印刷的Inconel 625与传统加工的Inconel 625。在微观层面收集的数据给出了锯齿状应力曲线的粒度起源的图像,并且导致了对驱动这种现象的微观结构机制的新理解。这项研究发表在Nature Communications上,可以为设计没有动态应变老化的材料铺平道路。

超合金是具有高强度和耐腐蚀性的金属,即使在高温下也是如此。

“我们在高温下看到了传统加工的Inconel 625中特有的锯齿状应力曲线,当材料上下变形时,流动应力会上下振荡,”Beese说。 “这不是材料的理想行为,因为它可能导致早期破损和不可预测的行为。”

研究人员发现,传统合金具有随机晶体结构,但3-D印刷版具有更好的晶体结构和更精细分散的颗粒。

“我们使用独特的实验装置来询问谷物水平的力学,”Beese说。 “我们想要了解这有助于我们在这两种形式的Inconel 625中看到的宏观行为的差异,这两种形式具有相同的元素组成,但是以不同的方式制造。我们能够开发出对DSA起源的介观理解,这是以前失踪的。“

该团队将三维印刷材料中缺乏DSA归因于在该材料的颗粒内分布的更细颗粒和材料中更好的晶体结构的组合,产生与方向相关的性质,类似于木材,其中材料与颗粒的强度差异。

Beese说,进一步的研究可以让3D打印材料在初始加工过程中进一步调整到所需的性能,或者在制造前使用热处理来调整颗粒和颗粒结构。将超合金印刷成近净形状也是有用的,因为超合金由于其强度而难以加工。印刷减少了加工要求以及浪费的材料量,并且可能是有益的。

Beese说,这项研究可以帮助改进用于设计和理解在变形过程中经历DSA的金属的长期模型,并且还为新金属材料的设计提供目标,特别是那些使用增材制造制造的金属材料。

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