航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片是由成本昂貴的單晶鎳基高溫合金制成。由于服役環(huán)境苛刻，單晶葉片容易受到局部損傷，發(fā)展可靠的葉片修復(fù)技術(shù)對航空發(fā)動(dòng)機(jī)延壽、降成本至關(guān)重要。
而3D打印憑借其“精準(zhǔn)定位、可控增材”的特點(diǎn)在單晶葉片的修復(fù)/再制造領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。但由于3D打印冷卻速度快，容易造成高殘余應(yīng)力、高位錯(cuò)密度的亞穩(wěn)態(tài)微觀組織結(jié)構(gòu)。這種亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)熱處理或服役過程中容易發(fā)生再結(jié)晶，導(dǎo)致材料高溫力學(xué)性能下降，造成安全隱患。因此急需針對3D打印單晶高溫合金目前存在的問題，研發(fā)一種新的工藝，使之滿足無再結(jié)晶，應(yīng)力小、位錯(cuò)密度低，且沉淀強(qiáng)化相的形貌、密度與基體高溫合金一致的要求。
高溫合金的標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度一般由固溶、時(shí)效組成，實(shí)踐證明該工藝流程會(huì)導(dǎo)致3D打印高溫合金發(fā)生再結(jié)晶。
西安交通大學(xué)材料學(xué)院教授陳凱、單智偉及其合作團(tuán)隊(duì)在國家自然科學(xué)基金與國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持下，經(jīng)過系統(tǒng)的文獻(xiàn)調(diào)研與綜合分析，提出并證實(shí)在固溶前增加“回復(fù)”步驟，可以消除再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力。經(jīng)過“回復(fù)-固溶-時(shí)效”處理，先是高溫合金的殘余應(yīng)力伴隨微觀組織γ′相的定向粗化而消除，且位錯(cuò)密度可降低至熱處理前的5%左右，時(shí)效后沉淀強(qiáng)化γ′相達(dá)到與鑄態(tài)基材相同水平。相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進(jìn)材料》。
因他們發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象與高溫合金在高溫蠕變條件下發(fā)生的筏化效應(yīng)相似，且在事實(shí)上起到了回復(fù)的效果，將其命名為“筏化-回復(fù)”效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)突破了經(jīng)典觀念所認(rèn)為的“單晶高溫合金不具備回復(fù)能力”的認(rèn)知，為設(shè)計(jì)3D打印高溫合金的非標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度提供了理論依據(jù)，并表明新的熱處理制度完全能滿足3D打印單晶葉片修復(fù)的需求。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/adma.201907164
而3D打印憑借其“精準(zhǔn)定位、可控增材”的特點(diǎn)在單晶葉片的修復(fù)/再制造領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。但由于3D打印冷卻速度快，容易造成高殘余應(yīng)力、高位錯(cuò)密度的亞穩(wěn)態(tài)微觀組織結(jié)構(gòu)。這種亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)熱處理或服役過程中容易發(fā)生再結(jié)晶，導(dǎo)致材料高溫力學(xué)性能下降，造成安全隱患。因此急需針對3D打印單晶高溫合金目前存在的問題，研發(fā)一種新的工藝，使之滿足無再結(jié)晶，應(yīng)力小、位錯(cuò)密度低，且沉淀強(qiáng)化相的形貌、密度與基體高溫合金一致的要求。
高溫合金的標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度一般由固溶、時(shí)效組成，實(shí)踐證明該工藝流程會(huì)導(dǎo)致3D打印高溫合金發(fā)生再結(jié)晶。
西安交通大學(xué)材料學(xué)院教授陳凱、單智偉及其合作團(tuán)隊(duì)在國家自然科學(xué)基金與國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持下，經(jīng)過系統(tǒng)的文獻(xiàn)調(diào)研與綜合分析，提出并證實(shí)在固溶前增加“回復(fù)”步驟，可以消除再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力。經(jīng)過“回復(fù)-固溶-時(shí)效”處理，先是高溫合金的殘余應(yīng)力伴隨微觀組織γ′相的定向粗化而消除，且位錯(cuò)密度可降低至熱處理前的5%左右，時(shí)效后沉淀強(qiáng)化γ′相達(dá)到與鑄態(tài)基材相同水平。相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進(jìn)材料》。
因他們發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象與高溫合金在高溫蠕變條件下發(fā)生的筏化效應(yīng)相似，且在事實(shí)上起到了回復(fù)的效果，將其命名為“筏化-回復(fù)”效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)突破了經(jīng)典觀念所認(rèn)為的“單晶高溫合金不具備回復(fù)能力”的認(rèn)知，為設(shè)計(jì)3D打印高溫合金的非標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度提供了理論依據(jù)，并表明新的熱處理制度完全能滿足3D打印單晶葉片修復(fù)的需求。
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