近日，南華大學(xué)機械工程學(xué)院邱長軍教授團隊利用激光熔池急冷誘導(dǎo)碳氧雜質(zhì)元素形成間隙原子短程有序團簇，產(chǎn)生顯著強韌化效應(yīng)，拓展了激光增材專用高強韌奧氏體不銹鋼成分設(shè)計新區(qū)間，成功開發(fā)了高強韌中碳奧氏體不銹鋼材料和制備技術(shù)，大幅降低了成本。相關(guān)原創(chuàng)性研究成果以“An exceptionally strong, ductile and impurity-tolerant austenitic stainless steel prepared by laser additive manufacturing”（激光增材制備高強韌高雜質(zhì)容忍度奧氏體不銹鋼的研究）為題在金屬領(lǐng)域國際一流期刊Acta Materialia（《材料學(xué)報》，中科院1區(qū)，IF：9.209）發(fā)表，論文鏈接為：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118868。
隨著全球激光增材制造的高速發(fā)展，各類新技術(shù)、新方法、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，但至今尚未見針對激光增材特點對金屬間隙強化元素成分重新調(diào)整和設(shè)計的報道，如果專用材料設(shè)計繼續(xù)采用傳統(tǒng)成形技術(shù)必需的間隙雜質(zhì)苛刻控制要求，將導(dǎo)致增材制造技術(shù)裝備復(fù)雜，成本劇增，工業(yè)應(yīng)用受限。
邱長軍教授團隊將激光熔池快冷特性和金屬間隙固溶強化基本原理相結(jié)合，提出了充分利用激光熔池快冷產(chǎn)生“間隙原子過飽和固溶強化”效應(yīng)的激光增材制造專用材料設(shè)計新思路，將傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼中需嚴(yán)控的雜質(zhì)碳含量提高到0.4~0.46%、雜質(zhì)氧含量控制在通用技術(shù)所及的<0.055%，研發(fā)了激光增材制造專用高強韌奧氏體型中碳鐵基合金材料，在確?？刮g性、韌性不下降前提下，將其抗拉強度從650MPa左右提升至近1GPa，該項研究成果為間隙雜質(zhì)強化的激光增材專用高性能不銹鋼材料設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)。
邱長軍教授團隊通過多年的研究，形成了涉及高硬耐磨耐蝕不開裂的低硼中碳馬氏體型鐵合金，超高強韌鐵基合金等激光增材制造專用材料設(shè)計、制備、成形、性能評價及裝備的完整技術(shù)新路線，437種材料成分的力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫，生產(chǎn)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的17個牌號粉末，可滿足各類鋼鐵件等增材制造與修復(fù)的需要，加速推進了其產(chǎn)業(yè)化進程，成果已經(jīng)應(yīng)用于能源化工、重載機械、鋼鐵冶金、航空航天、核工程等領(lǐng)域大型重載關(guān)重件的激光增材制造與修復(fù)，以及遠(yuǎn)海、隧道等特殊環(huán)境下零部件現(xiàn)場快速激光增材修復(fù)。
該項研究成果中，南華大學(xué)機械工程學(xué)院陳勇副教授和朱紅梅教授為論文的共同第一作者，南華大學(xué)邱長軍教授和南京理工大學(xué)沙剛教授為論文的共同通訊作者，南華大學(xué)為第一署名單位。
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