近日,我校機(jī)械工程學(xué)院青年教師黨曉鳳為第一作者、西安石油大學(xué)為第一單位,在塑性力學(xué)領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊《International Journal of Plasticity》(中科院一區(qū)TOP期刊,IF=9.4)上發(fā)表了題為《Shear banding mediated fracture mechanisms in additively manufactured IN738 superalloys under low-strain-rate loading》的最新研究成果。合作者包括我校鄭杰副教授和竇益華教授。
IN738高溫合金作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的關(guān)鍵材料,其斷裂行為直接影響部件可靠性。傳統(tǒng)鑄造工藝因碳化物粗化導(dǎo)致的應(yīng)變失配裂紋問(wèn)題長(zhǎng)期存在。增材制造技術(shù)是航空航天復(fù)雜精密構(gòu)件成型的革命性手段,其中電子束粉末床熔融技術(shù)(Electron Beam Powder Bed Fusion, EBPBF)通過(guò)真空高預(yù)熱溫度(>1000 °C),顯著降低殘余應(yīng)力并有效抑制裂紋形成,成為渦輪葉片用高溫合金增材制造的重要技術(shù),但目前對(duì)EBPBF制備的高溫合金的斷裂機(jī)理認(rèn)識(shí)不足,制約著該技術(shù)的工程應(yīng)用。
本研究首次揭示了EBPBF制備的IN738高溫合金在低應(yīng)變率(1×10?3 s?1)拉伸載荷下剪切帶介導(dǎo)的斷裂新機(jī)制。通過(guò)優(yōu)化電子束掃描策略與熱場(chǎng)控制,成功制備出缺陷率低、柱狀晶<001>織構(gòu)顯著的致密高溫合金,其性能優(yōu)于鑄造IN738合金。研究發(fā)現(xiàn),EBPBF工藝制備的高溫合金中納米碳化物均勻分布,有效抑制裂紋萌生,并通過(guò)剪切帶作用實(shí)現(xiàn)穿晶斷裂。裂紋擴(kuò)展路徑中形成的剪切帶伴隨γ'強(qiáng)化相納米化與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象,通過(guò)位錯(cuò)滑移與孿生協(xié)同作用耗散裂紋能量,顯著提升了合金的裂紋擴(kuò)展阻力。該研究為高性能高溫合金的可靠性設(shè)計(jì)提供了理論支撐。
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0749641925000555