中国科学院制备出高抗疲劳性能3D打印钛合金材料

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3D打印又称增材制造，因其独特的自由成型能力，极大地满足了高端装备和零部件高集成、多功能、轻量化、集成化的需求，被认为是制造领域的颠覆性技术。 ，在航空航天等领域受到了极大的关注并得到初步应用。 然而，与传统制造技术相比，3D打印材料在循环载荷下的疲劳性能普遍较差，严重限制了其作为结构承载部件的广泛应用。

研究人员首次明确表示，在理想条件下，通过3D打印技术直接制备的钛合金结构本身（称为Net-AM结构）应具有天然的超高疲劳性能，而打印过程中产生的气孔等缺陷掩盖了自身组织抗疲劳性能的优势，导致3D打印材料实测疲劳性能大幅下降。 然而，目前消除气孔的过程往往伴随着组织的粗化，细化组织的处理会带来气孔的复发，甚至引发α相在晶界富集等新的不利因素，从而导致气孔的出现。可谓左右为难。

研究人员首次在Ti-6Al-4V合金中发现3D打印结构在高温下的晶界迁移、孔隙生长和相变过程表现出异步特征。 这意味着存在一个有价值的热处理工艺窗口，不仅可以实现板条组织的细化，而且可以有效抑制α相在晶界的富集和气孔的复发。 为此，研究人员巧妙地利用这一工艺窗口，发明了一种对缺陷和组织进行分步控制的新工艺，最终制备出了几乎无气孔、近净值的Ti-6Al-4V合金。增材制造结构。 其拉拔疲劳强度由原来的475 MPa提高到978 MPa，提高了106%。

通过比较发现，这种具有近Net-AM结构的Ti-6Al-4V合金不仅具有所有钛合金材料中最高的拉伸-拉伸疲劳强度，而且还具有材料疲劳数据中最高的比疲劳迄今为止已报道过的情况。 强度（疲劳强度除以密度）。

该成果更新了人们以往对3D打印材料低疲劳性能的固有认识，揭示了3D打印技术在抗疲劳制造方面的独特优势，展示了3D打印材料作为结构承载件在重要领域如结构承载件的潜力。航空航天和航空航天。 广阔的应用前景。