通過調(diào)控堆垛層錯(cuò)能實(shí)現(xiàn)增材制造高熵合金的裂紋抑制和優(yōu)異的強(qiáng)度-延展性協(xié)同(2)
時(shí)間：2024-07-03 09:51 來源：AMLetters 作者：admin 閱讀：次
圖4. LPBF成形的FeCoCrNi和Al0.1CoCrFeNi HEA
在其斷裂區(qū)域附近的力學(xué)性能和變形微觀結(jié)構(gòu)。a) 通過不同方法制造的HEA工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。b) 通過數(shù)字圖像相關(guān) (DIC)
檢測(cè)到的LPBF成形HEA摻雜Al的代表性應(yīng)變分配，以及變形過程中Lüders帶的形成。c,f) 分別為無Al和HEA摻雜Al的反極圖
(IPF) 。d,g) 分別為HEA 的 BF-STEM 圖像，顯示存在高密度位錯(cuò)纏結(jié)、堆垛層錯(cuò)和變形孿晶。e,h) 分別為兩個(gè)變形 HEA 的
SAED 圖。i,j) 典型孿晶和 HCP 馬氏體的暗場(chǎng)圖像。k) 多層 HCP 結(jié)構(gòu)的原子級(jí) HR-STEM 圖像。
圖5. LPBF成形HEA的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)結(jié)果和裂紋擴(kuò)展特征。a) 疲勞裂紋擴(kuò)展速率
(da/dN) 與應(yīng)力強(qiáng)度因子 (ΔK) 曲線。b) 具有不同 Al 含量的 HEA 的裂紋長(zhǎng)度與加載循環(huán) (N) 曲線。IPF
圖與相應(yīng)的ECC圖像顯示了 c–f) 無 Al 和 g–j) Al 摻雜 HEA 中近裂紋尖端區(qū)域內(nèi)裂紋擴(kuò)展的特征。
主要結(jié)論
本研究提出了一種新方法，通過策略性地操縱SFE來減輕LPBF生產(chǎn)的HEA部件中熱應(yīng)力引起的微裂紋。通過在FeNiCoCr 中引入約2.4 at.%的少量Al摻雜，成功使用LPBF制造了無裂紋的HEA部件。此外，與不含Al的HEA相比，摻雜Al的HEA表現(xiàn)出更好的機(jī)械強(qiáng)度和延展性。通過TEM和第一性原理計(jì)算，證實(shí)了添加Al降低了 FeNiCoCr HEA 的SFE值。因此，在成形的無Al HEA中觀察到的由密集位錯(cuò)墻組成的典型胞狀結(jié)構(gòu)在Al摻雜后轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⒎植嫉奈诲e(cuò)。此外，降低的SFE增強(qiáng)了該合金系統(tǒng)對(duì)裂紋擴(kuò)展的抵抗力，從而提高了LPBF成形金屬部件在工業(yè)應(yīng)用中的抗疲勞性。這項(xiàng)工作為開發(fā)具有優(yōu)異的強(qiáng)度-延展性協(xié)同作用和無裂紋特性的增材制造合金提供了寶貴的見解。
作者簡(jiǎn)介
李瑞迪，中南大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向：高性能結(jié)構(gòu)件的激光增材制造/熱壓燒結(jié)技術(shù)。主持國(guó)家自然科學(xué)基金(聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、青年項(xiàng)目)、中船重工、中車工業(yè)等科研項(xiàng)目。第一/通訊作者在Advanced Materials, Acta Materialia, Scripta Materialia, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Additive Manufacturing, Journal of Materials Science and Technology等期刊發(fā)表SCI論文80余篇，其中ESI高被引6篇、ESI熱點(diǎn)論文1篇，獲授權(quán)發(fā)明專利20件。兼任中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)難熔金屬分會(huì)副主任委員、中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)增材制造技術(shù)專業(yè)委員會(huì)副主任委員、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)理事，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)增材制造技術(shù)分會(huì)委員、中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)激光加工專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)極端制造分會(huì)委員、全國(guó)鋼標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)增材制造工作組委員。兼任《Advanced Powder Materials》編委、《粉末冶金材料科學(xué)與工程》編委、《粉末冶金工業(yè)》編委、《精密成型工程》編委、《軌道交通材料》編委、《鑄造技術(shù)》青年編委、《中國(guó)激光》“前沿激光制造”子刊青年編委。擔(dān)任《Journal of Central South University》“粉末冶金與增材制造”�？妥骶�、《中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》“粉末冶金”�？妥庉�。入選教育部“長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”青年學(xué)者，湖南省科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，湖南省杰出青年科學(xué)基金，湖湘青年英才，《全球?qū)W者庫(kù)》2021全球頂尖前十萬科學(xué)家。獲中國(guó)有色金屬青年科技獎(jiǎng)，湖南省自然科學(xué)二等獎(jiǎng)（排1），中國(guó)有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)（排1）。
個(gè)人資料來源：https://faculty.csu.edu.cn/liruidi/zh_CN/index.htm
甘科夫，中南大學(xué)副教授，碩士研究生導(dǎo)師，2019年底加入中南大學(xué)材料學(xué)院李志明教授“先進(jìn)多主元合金”團(tuán)隊(duì)。研究方向包括（1）以多尺度力學(xué)（包括宏觀力學(xué)及微納米力學(xué)）表征為媒介，結(jié)合位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)模擬，探究金屬材料的小尺度力學(xué)性能。近幾年針對(duì)微納尺度的合金界面（包括晶界、共格相界面、非晶-晶體復(fù)合界面等）、析出、異質(zhì)結(jié)構(gòu)等，開展了大量力學(xué)研究，揭示了各類微觀組織在合金多尺度力學(xué)行為中發(fā)揮的作用，對(duì)金屬材料基于結(jié)構(gòu)調(diào)控的強(qiáng)塑性優(yōu)化提供了有力的理論支持；（2）面向極端服役條件的先進(jìn)合金（包括高熵合金、非晶合金及其復(fù)合材料）的設(shè)計(jì)、制造（包括傳統(tǒng)鑄造及機(jī)械熱加工、先進(jìn)增材制造技術(shù)）及強(qiáng)韌化研究。相關(guān)成果發(fā)表SCI論文50余篇，包括以第一作者或通訊作者在金屬材料頂刊Acta Materialia、Advanced Materials，固體力學(xué)頂刊 Journal of the Mechanics and Physics of Solids、International Journal of Plasticity等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表多篇論文。
個(gè)人資料來源：https://faculty.csu.edu.cn/gankefu/zh_CN/index.htm
韓昌駿，華南理工大學(xué)副教授，博士生導(dǎo)師。2013年9月和2018年3月分別獲得華中科技大學(xué)學(xué)士和博士學(xué)位，2018年7月至2020年12月在新加坡南洋理工大學(xué)國(guó)家3D成形中心從事博士后研究，2021年1月引進(jìn)華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院工作。入選中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程、廣州市青年科技人才托舉工程。主持主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、裝備預(yù)研領(lǐng)域基金等課題近10項(xiàng)，獲2021年第一屆全國(guó)博士后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽金獎(jiǎng)（排1）、2023年機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)、廣州科技創(chuàng)新南山獎(jiǎng)（青年科技人才獎(jiǎng)）。長(zhǎng)期從事金屬增材制造研究，重點(diǎn)圍繞高性能醫(yī)用金屬增材制造、仿生結(jié)構(gòu)/超材料設(shè)計(jì)與增材制造、多功能金屬材料增材制造、多能量場(chǎng)增材制造技術(shù)等方面開展基礎(chǔ)研究。以第一作者/通訊作者在Adv. Mater., Addit. Manuf., Int. J. Mach. Tool. Manu.等國(guó)際期刊發(fā)表論文32篇（SCI共30篇，其中ESI高被引3篇，10篇影響因子>10），Google Scholar引用超3300次。申請(qǐng)發(fā)明專利20余項(xiàng)，撰寫/參編英文專著各1部，參編中文專著2部，參與團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。入選2022年、2023年斯坦福大學(xué)發(fā)布的最具影響力科學(xué)家前2%名單。
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