帝国理工×香港理工！增-锻混合制造让钛合金性能超越传统锻件，航空领域迎新机遇

帝国理工学院与香港理工大学领衔的国际科研团队，在金属制造领域取得新突破。相关研究成果以《Achieving superior tensile and fatigue properties than conventional wrought state via hybrid additive-forging manufacturing》为题，发表于国际知名学术期刊《Materials and Design》（DOI: 10.1016/j.matdes.2026.115485）。该研究提出的增材 - 锻造混合制造策略，成功让Ti-6Al-4V钛合金的拉伸性能和疲劳性能超越传统锻件，为航空航天等高端制造领域提供了全新技术方案。

研究背景：增材制造的“痛点”亟待解决

增材制造（3D打印）凭借分层构建的独特优势，能实现传统工艺难以完成的复杂结构制备，在航空发动机零部件等高端制造场景中极具应用潜力。然而，增材制造的钛合金材料常存在不理想的微观结构，导致其延展性和疲劳性能难以满足高性能制造需求，限制了该技术在关键承力构件上的规模化应用。

为破解这一难题，帝国理工学院与香港理工大学团队携手，联合多家机构开发了“增材制造 + 热锻”的混合制造技术，通过精准调控热历史和塑性流动，实现缺陷修复与微观结构优化的双重目标。

核心亮点：三大突破重塑钛合金性能天花板

1.性能全面超越：经混合工艺制备的 Ti-6Al-4V 钛合金，不仅拉伸延展性提升 75%（从 6.8% 增至 11.9%），疲劳性能更是显著优于传统锻件，解决了增材制造材料 “强度有余、韧性不足” 的关键痛点。

2.微观结构可控：通过调控锻造温度（850-980℃）和保温时间，实现了针状马氏体向等轴 α/β 相的转变，同时借助动态再结晶细化晶粒，使材料性能均匀性大幅提升。

3.实用化验证成功：团队利用该技术成功制备出航空发动机叶片缩比样件，满足实际应用对结构完整性和性能稳定性的严苛要求。

航发叶片缩比件闭式模锻工艺设计：(a) 代表性样件设计，(b) 预锻样品设计，(c) 闭模设计，(d) 增材-锻造混合工艺

增锻复合与锻造典型组织对比：(a) 打印态、(b) 锻态、(c) 热处理态与(d) 增锻态样品。

增锻复合制造微结构演化规律

缩比样件微观组织特征

结语：跨界合作开启高端制造新篇章

帝国理工学院与香港理工大学的此次联合研究，不仅突破了增材制造材料性能的固有局限，更构建了 “增材 + 锻造” 的混合制造技术体系，为高性能金属材料的规模化应用奠定了坚实基础。该技术在航空发动机叶片、航天结构件等高端装备制造中具有广阔应用前景，有望推动制造业向 “高精度、高性能、高效率” 方向转型升级。

未来，研究团队将进一步优化工艺参数，拓展技术在更多合金材料中的应用场景，持续探索混合制造技术的产业化路径，为全球高端制造产业发展注入新动能！

第一作者简介

Wei Wang，帝国理工学院机械工程系博士研究生/博士后，主要研究方向为扩散连接、增材制造与后续加工工艺优化，聚焦钛合金等高性能金属材料的微观结构调控与力学性能提升。在《Acta Materialia》《International Journal of Machine Tools and Manufacture》等国际顶级期刊发表多篇学术成果，擅长通过实验表征与有限元模拟相结合的方法解决先进制造中的关键技术问题。

通讯作者简介

Ruiqiang Zhang（张瑞强），香港理工大学工业及系统工程学系研究助理教授。研究主要围绕金属材料的先进实验测试方法（如多轴加载测试）、先进制造工艺（如热冲压、增材制造）以及先进建模技术（如晶体塑性有限元建模）。在《Acta Materialia》《International Journal of Machine Tools and Manufacture》等高影响力期刊上发表论文30余篇。

其他作者简介

Jianguo Lin（林建国），英国皇家工程院院士、欧洲科学院院士、香港工程院院士，曾任英国帝国理工学院材料力学系主任、现任香港理工大学工程学院工业及系统工程学系讲座教授，材料科学、先进金属成形技术的国际顶尖专家。

本文来自“材料科学与工程”公众号，感谢论文作者团队支持。

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