上海
3D科学谷洞察
Inconel 718 骨架增强多孔构件具有良好的传热传质能力，可用于制造航空航天中的高温热管等导热装置。这些构件在高温环境下工作，需要兼顾高强度和良好的热传导性能，而激光粉末床熔融技术能够精确控制孔隙率和骨架结构，从而满足航空航天多孔热端部件在高温承载下的力学性能要求。”
激光增材制造Inconel718骨架增强多孔结构的力学行为
齐晓红1梁晓康2肖铮1魏征宇1刘新炜1刘壮壮1,3
1.北京科技大学新材料技术研究院材料先进制备技术教育部重点实验室2.首都航天机械有限公司3.北京科技大学新材料技术研究院现代交通金属材料与加工技术北京实验室
“3D Science Valley 白皮书 图文解析
镍基高温合金多孔构件具有良好的传热传质能力，在航空航天等领域具有重要应用，然而多孔材料具有明显脆性，限制了其承载能力的提升。为实现多孔构件力学性能与功能特性的协同提高，文中采用激光粉末床熔融制备Inconel718骨架增强多孔构件，通过有限元数值模拟对孔隙及骨架增强结构在加载过程中的应力状态进行分析，研究不同孔隙率及骨架增强结构对多孔材料力学行为的影响。正交试验结果表明，在激光功率、扫描速率以及扫描间距3个参数中，扫描速率对孔隙率的影响最为显著。骨架增强多孔结构采用极小曲面与多孔结构混合的方式，骨架厚度为0.5 mm时抗拉强度为244 MPa，呈现韧性断裂。随骨架厚度增加至0.9 mm，抗拉强度提升至356 MPa。骨架增强多孔结构力学性能优于多孔结构，当孔隙率均为26%时，骨架增强多孔结构抗拉强度较多孔结构提升约200 MPa，断后伸长率提升3.5%。采用ABAQUS有限元模拟施加载荷过程中多孔材料应力分布情况，结果表明孔隙处应力集中明显，先达到断裂强度从而发生断裂；随孔隙率增加，多孔材料应力承载能力降低。
增材制造GH4169组织及高温性能研究
袁珂、石瑶、黄子琳、曾佳敏、王强
中国航发湖南动力机械研究所
采用激光选区熔化成形（SLM）制备GH4169合金，研究不同取向试样的显微组织、高温拉伸和高温持久性能，并分析试样断口特征。结果表明：经热处理后，试样呈近等轴晶，沿晶界或晶内分布有M23C6、MC碳化物，纵向试样沿沉积方向存在择优取向。横向和纵向试样高温拉伸和高温持久性能均达到了锻件水平，横向试样高温拉伸强度均高于纵向试样，但高温持久强度低于纵向试样，材料具有一定的各向异性现象。缺口试样性能差异规律与光滑试样相同，缺口处的应力集中效应使缺口试样比光滑试样表现出更高的强度。分布于晶界或晶内的碳化物成为裂纹萌生的起点、产生微孔的核心，微孔聚集、长大、连接直至断裂，微观断口未出现传统塑性材料断口上常见的大尺寸韧窝，仅呈现少量细小的韧窝伴随大量的撕裂棱。
激光增材镍基合金内部疲劳失效行为研究
孙传文1李伟1孙锐2
1.北京理工大学机械与车辆学院2.西北有色金属研究院难熔金属材料研究所
内部失效是激光增材制造镍基高温合金在高温下的典型疲劳失效模式，目前对这种失效模式的认知尚不充分。在650 °C下进行了不同应力比的轴向疲劳试验，随后采用扫描电镜、电子背散射衍射、聚焦离子束和透射电子显微镜等测试技术，研究了增材制造镍基高温合金的多尺度内部失效行为。结果表明，不论是否受缺陷影响，微裂纹主要从晶粒取向较软的大晶粒处萌生，然后沿最大剪切应力方向滑移和扩展，形成晶体学小平面，因此与晶粒特征相关的小平面开裂是一种典型的内部失效模式。对小平面裂纹附近的位错结构进行分析，在650 °C时，局部塑性变形是由反相边界剪切、沉淀物旁通以及堆积层错剪切机制的共同作用所引起的。结合裂纹尖端应力强度因子的定义，提出了与小平面裂纹特征相关的裂纹成核寿命预测方法，预测结果与实验结果具有较好的一致性。
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