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杭州博華激光技術(shù)有限公司

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《Additive Manufacturing》:粉末床熔融制備超低溫鈦合金組件,實(shí)現強度-延展性同步提高!
信息來(lái)源:激光先進(jìn)制造研究院       日  期:2023-02-28

目前,開(kāi)發(fā)液氫動(dòng)力的航空航天器,客機和汽車(chē)是減少碳排放和解決能源危機最有前景的戰略之一,尤其是液氫燃料最有能力代替汽油、柴油等傳統燃料。在液氫火箭發(fā)動(dòng)機、液氫貯箱、管道和泵輪等設備中,一般運行在20K下,因此需要輕質(zhì)金屬構件在20K以下的超低溫仍具有優(yōu)異的力學(xué)性能。鈦合金,尤其是近α型鈦合金,具有密度低、比強度和比剛度高、延展性好、超低溫熱膨脹系數低等顯著(zhù)優(yōu)勢,已成為理想的航空航天低溫結構材料,在液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機中得到應用。

因此,開(kāi)發(fā)一種新型的低溫近α鈦合金將具有巨大的科學(xué)價(jià)值和實(shí)用意義。對此,東北大學(xué)首次證實(shí)了電子束粉末床熔融(EB-PBF)用于超低溫應用的高性能鈦合金部件的可行性,并且發(fā)現EB-PBF制備的微量釔改性的Ti− 3Al− 3Mo− 3Zr合金的低溫強度和塑性與層片組織特性密切相關(guān)。制備出的鈦合金試樣實(shí)現了低溫塑性的突破,其斷裂伸長(cháng)率(EI)在20K時(shí)高達20%,在77K時(shí)達29%,且強度沒(méi)有明顯下降,這種優(yōu)異的低溫塑性是由于大尺度孿生有效緩解了局部應力集中,增強了應變硬化能力。相比之下,細小的α - Ti板條的交織結構會(huì )阻礙位錯滑移/轉移和孿晶長(cháng)大,導致極限抗拉強度(UTS)在20K時(shí)高達1500 MPa,EI適中≤13.5%。

相關(guān)研究成果以題“Achieving highly promising strength-ductility synergy of powder bed fusion additively manufactured titanium alloy components at ultra-low temperatures”發(fā)表在國際期刊Additive Manufacturing上。