近日，東北大學材料科學與工程學院張濱教授團隊攜手中國科學院金屬研究所及太行實驗室，在激光粉末床熔融(LPBF)成形Inconel718高溫合金薄壁構件的高溫疲勞性能厚度效應研究方面取得了重要突破。該研究成果對于優(yōu)化增材制造薄壁構件的服役可靠性和設計準則具有重要意義。

隨著增材制造技術的快速發(fā)展，其在航空航天、能源等高科技領域的應用日益廣泛，尤其在制造具有復雜幾何結構的薄壁構件方面展現(xiàn)出巨大潛力。然而，薄壁構件的力學性能往往隨幾何尺度的減小而顯著變化，即所謂的“薄壁效應”，這一效應給薄壁構件的服役可靠性評價帶來了挑戰(zhàn)。

為了深入理解并解決這一問題，研究團隊針對LPBF成形的Inconel718合金，詳細考察了薄壁試樣厚度(范圍在0.25毫米至2.0毫米之間)和均勻化溫度(分別為1065℃和1100℃)對其在650℃下疲勞性能的影響。研究結果顯示，在相同微觀組織尺度下，薄壁試樣的疲勞壽命隨著試樣厚度與晶粒尺寸之比(t/d)的減小而顯著縮短。此外，經(jīng)過1100℃均勻化處理的薄壁試樣相比1065℃處理的試樣，展現(xiàn)出更高的疲勞壽命。

基于連續(xù)損傷力學及位錯理論，研究團隊進一步建立了描述試樣厚度與組織尺度對薄壁構件疲勞壽命耦合影響的理論模型。通過該模型，團隊成功獲得了LPBF成形Inconel718薄壁構件在650℃下疲勞壽命穩(wěn)定性的t/d邊界條件。這一發(fā)現(xiàn)為薄壁構件的設計提供了重要的理論依據(jù)，有助于降低其高溫疲勞性能對構件尺寸的敏感性。

更重要的是，研究團隊還提出了通過調控熱處理工藝來有效減輕LPBF成形薄壁構件高溫疲勞性能厚度效應的策略。這一策略的實施有望為增材制造薄壁構件的高可靠性制造提供新的途徑。

相關研究成果已在國際知名期刊《International Journal of Plasticity》上發(fā)表，題為“Tailoring thickness debit for high-temperature fatigue resistance of Inconel 718 superalloy fabricated by laser powder bed fusion”。論文的第一作者為東北大學博士研究生馬濤，通訊作者包括東北大學張濱教授、太行實驗室雷力明研究員以及中國科學院金屬研究所張廣平研究員。

此次研究的成功不僅彰顯了增材制造技術在高性能材料制備方面的獨特優(yōu)勢，也為進一步推動增材制造技術在高科技領域的應用奠定了堅實基礎。未來，研究團隊將繼續(xù)致力于探索更多高性能材料的增材制造及其性能優(yōu)化策略，為相關行業(yè)的高質量發(fā)展提供有力支持。