一种基于成分设计的新型3D打印高温合金

供稿人：李鸣杰、王富 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室　

高温合金是一类具有良好的高温强度、抗腐蚀性以及抗蠕变性的合金，广泛应用于航空航天和地面动力系统的热端部件制造。针对复杂结构、不宜铸造的高温合金零件，增材制造技术提供了更高的设计自由度，但在实际工业应用上也存在一些问题，如较多的打印缺陷。

英国牛津大学的学者汤元博为了消除高温合金3D打印时产生的微裂纹，通过合金设计（alloys-by-design）的方法成功开发了一种新型3D打印专用高温合金ABD-850AM，并采用激光粉末床熔融（L-PBF）工艺进行实验验证。研究发现，相比于CM247LC和IN939这两种合金，新型高温合金可有效消除凝固裂纹、液相裂纹以及固相裂纹，如图1所示。

图1 L-PBF增材制造的ABD-850AM、CM247LC和IN939合金微观形貌

在此基础上，研究人员继续开发了性能更优的ABD-900AM合金。该合金在3D打印时不仅可消除大部分的裂纹和孔隙，还能大幅提高合金的抗拉强度及塑性，实现综合力学性能的增强，如图2所示。

图2 打印态ABD-900AM的微观形貌、屈服强度和塑性性能

通过高温合金成分设计，可以从根本上改善合金3D打印产生的微观缺陷，同时也能大幅提高制件的抗拉强度和塑性等力学性能，使将增材制造高温合金零部件的批量化工业应用成为可能。

参考文献：
Tang Y T , Panwisawas C , Ghoussoub J N , et al. Alloys-By-Design: Application to New Superalloys for Additive Manufacturing[J]. Acta Materialia, 2020.