供稿人：趙懿臻、張航 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室 發(fā)布日期：2021-04-08
目前金屬增材制造由于其高成型自由度及材料利用率使得其具有極其廣闊的應(yīng)用前景。但是金屬增材制造需要獨(dú)特的與增材制造條件兼容的合金，同時保持材料性能。但是目前極少的合金可適應(yīng)金屬基增材制造例如不銹鋼、鈦合金等。因此研發(fā)出適用于增材制造的合金是目前金屬增材領(lǐng)域非常重要的課題。
由于金屬增材過程中存在復(fù)雜熱環(huán)境并且與局部焊接類似。因此，用于金屬增材的候選材料傾向于是可焊接合金，它們不易受到液相中的開裂機(jī)制（如液化開裂或熱撕裂）或固相應(yīng)力的影響?；诖耍?020年10月，加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校、美國桑迪亞國家實(shí)驗室制備了一類高強(qiáng)度、抗缺陷的可打印3D高溫合金，其中含有大致相等的Co和Ni以及Al，Cr，Ta和W，該合金可通過電子束熔化（EBM）以及選擇性激光熔化（SLM）進(jìn)行無裂紋3D打印，如圖1所示。
圖1通過EBM和SLM增材制造CoNi基高溫合金。
該CoNi基合金由于凝固過程中溶質(zhì)的低偏析降低了開裂敏感性，同時較低的γ?固溶溫度可在凝固完成后緩解開裂因此具有極好的抗裂紋作用。室溫拉伸試驗表明，與目前正在研究的其他Ni基高溫合金相比，CoNi基高溫合金具有出色的延展性和強(qiáng)度的組合。它們在打印和后處理后的強(qiáng)度超過1.1 GPa，并且室溫下拉伸延展性大于13％如圖2所示。
圖2.在室溫下對EBM和SLM SB-CoNi-10進(jìn)行拉伸測試。
總的來說，對于增材制造專用CoNi基高溫合金，與傳統(tǒng)的加工路線相比，打印過程中的高熱梯度和冷卻速率可顯著改善合金的組織結(jié)構(gòu)，從而減少了熱處理所需的時間。另一方面，由于合金優(yōu)良的裂紋抑制特性，減少了成型過程中的缺陷問題使得金屬增材成型件的工業(yè)應(yīng)用成為可能。