中科院金屬所開發(fā)出新�3D打印鈷基超級合金,性能飆升�
�(fā)布者:System�(fā)布時間:2025/6/6 8:38:27來源:CMC模具增材制�
3D打印技�(shù)參考注意到,《ScriptaMaterialia》期刊近日發(fā)表了中科院金屬所�(guān)于“一種用于增材制造的新型高性能Co-Al-W基高溫合金”的研究成果。研究人員采用激光定向能量沉積(L-DED)技�(shù)制備出高γ′含量的鈷基高溫合金ZGH688,該合金具有�(yōu)異的抗開裂性和力學(xué)性能�
與現(xiàn)有的其他Ni/Co基超合金相比�3D打印制備的新Co-Al-W基高溫合金在室溫和高溫下均表�(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能,遠(yuǎn)高于同類技�(shù)制造的GH518、Co-Ni基高溫合金和典型的鎳基高溫合金。這項工作展示了新型Co-Al-W基高溫合金在增材制造中的巨大應(yīng)用潛力,特別是在高溫�(yīng)用領(lǐng)域�
目前,在高溫合金的增材制造領(lǐng)域中主要以鎳基高溫合金的研究占主�(dǎo),因為它是飛機發(fā)動機熱段中渦輪機葉片等結(jié)�(gòu)部件�*材料。與鎳基合金相比,鈷基高溫合金顯示出更好的可焊性,因此降低�3D打印工藝過程中的裂紋敏感性。其中鈷基超合金被認(rèn)為是鎳基合金在高溫結(jié)�(gòu)和功能應(yīng)用中�*有前途的替代品。根�(jù)3D打印技�(shù)參考的日常總結(jié),GE9X的燃油噴嘴、導(dǎo)流器、燃燒室混合器、T25傳感器外殼等,均使用鈷基合金3D打印�
獨特的兩相結(jié)�(gòu)和優(yōu)異的抗裂性能
研究人員在L-DEDZGH688高溫合金中獲得了高立方�'相和極窄γ基體通道的獨特兩相結(jié)�(gòu)。�'相的體積�?jǐn)?shù)�77.5±5.5%,超過了其他典型的增材制造Ni/Co合金。同時,γ′相的邊長為47.7±7.6nm,具有良好的立方度�
除此之外,在L-DED制造的Co基合金中,位錯與γ'相的相互作用對抗裂性能的影響優(yōu)于Ni基高溫合金,這主要歸因于兩個方面:分別為較低的熱應(yīng)力和位錯密度以及通過高體積分?jǐn)?shù)的�'相彌散分布而使�(yīng)力分布均勻�
3D打印性能�(yuǎn)高于其他增材制造高溫合�
研究人員對該高溫合金制備完成后的機械性能�(jìn)行了評估,ZGH688在室溫下出現(xiàn)了應(yīng)變硬化,在高溫拉伸過程中出現(xiàn)軟化,其極限抗拉強度(UTS)遠(yuǎn)高于其他增材制造高溫合金,如GH518、Co-Ni基高溫合金和典型的鎳基高溫合金�
在室溫下,ZGH688的拉伸強度為1464MPa,斷裂延伸率�20%。盡管其塑性低于GH5188,但抗拉強度表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。同時,ZGH688在高溫下表現(xiàn)出比大多�(shù)增材制造制備的高溫合金更高的屈服強度和延展性,�900℃和1000℃下,ZGH688合金的屈服強度分別為597MPa�287MPa,塑性分別為32%�48%�
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總之,這種新型的抗裂Co-Al-W基高溫合金ZGH688具有�(yōu)異的力學(xué)性能,可�(yīng)用于�(nèi)燃機及航空發(fā)動機系統(tǒng)。其�(nèi)部γ�-Co3(Al,W)相的體積�?jǐn)?shù)占比幾乎是普通鎳基合金的2倍。盡管γ′的含量較高,但Co、Ta、Al、W和Ni元素的合理配比使Co-Al-W基合金體系具有較小的MSAC、SAC和SCI值,使ZGH688表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。這些�(fā)�(xiàn)表明新開�(fā)的Co-Al-W基超合金在增材制造領(lǐng)域具有巨大的潛力�
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