根據(jù)3D科學(xué)谷的市場洞察，晶粒細(xì)化是通過快速冷卻速率實(shí)現(xiàn)的，這有助于獲得更細(xì)小的晶粒，從而提高合金的強(qiáng)度。位錯(cuò)堆積則是指在合金的沉積過程中形成的位錯(cuò)被積累在一起，這些位錯(cuò)的存在有助于促進(jìn)稀土強(qiáng)化相的析出。在WAAM過程中，由于高冷卻速率和循環(huán)熱應(yīng)力的作用，合金內(nèi)部形成了大量的位錯(cuò)，這些位錯(cuò)堆積在一起，為稀土元素的析出提供了豐富的核心，從而促進(jìn)了細(xì)小均勻的稀土強(qiáng)化相的高密度析出。
這些高密度析出的稀土強(qiáng)化相，如β′相，具有納米級尺寸，能夠有效地阻礙位錯(cuò)和孿晶的運(yùn)動(dòng)，從而顯著提高了合金的強(qiáng)度和抗蠕變性。這種強(qiáng)化機(jī)制在WAAM制備的合金中尤為明顯，因?yàn)閃AAM技術(shù)特有的快速凝固過程有利于形成這種細(xì)小且均勻分布的強(qiáng)化相。
近日，上海交通大學(xué)輕合金研究所吳國華教授和童鑫助理研究員的研究團(tuán)隊(duì)在鎂合金領(lǐng)域取得了顯著的研究成果。他們重點(diǎn)研究了電弧熔絲增材制造技術(shù)制備的Mg-9Gd-3Y-0.5Zr 合金的時(shí)效析出行為，并將其與鑄造合金進(jìn)行了比較。這項(xiàng)研究揭示了WAAM制造的GW93K合金具有比鑄造合金更高的抗拉強(qiáng)度和延伸率，這主要?dú)w功于晶粒細(xì)化和位錯(cuò)堆積誘導(dǎo)的細(xì)小均勻的稀土強(qiáng)化相高密度析出。借助《WAAM電弧增材》的分享，本期3D科學(xué)谷與谷友共同領(lǐng)略關(guān)于這一進(jìn)展對行業(yè)發(fā)展的價(jià)值所在。
論文鏈接：位錯(cuò)堆積可以被認(rèn)為是一種納米級強(qiáng)化面缺陷，它通過阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和促進(jìn)細(xì)小均勻的稀土強(qiáng)化相析出來增強(qiáng)材料的力學(xué)性能?！?/p>
3D科學(xué)谷發(fā)現(xiàn)
3D Science Valley Discovery
關(guān)鍵點(diǎn)：
這項(xiàng)研究揭示了WAAM制造的GW93K合金具有比鑄造合金更高的抗拉強(qiáng)度和延伸率，這主要?dú)w功于晶粒細(xì)化和位錯(cuò)堆積誘導(dǎo)的細(xì)小均勻的稀土強(qiáng)化相高密度析出。
Insights that make better life
01 研究背景
高強(qiáng)鎂稀土合金，如Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金，因其優(yōu)異的強(qiáng)度和抗蠕變性在航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。時(shí)效強(qiáng)化是這類合金的主要強(qiáng)化手段，基體中所形成的納米級β′棱柱面沉淀相能有效阻礙位錯(cuò)和孿晶運(yùn)動(dòng)。目前，高RE含量Mg-Gd-Y-Zr合金的研究主要集中在鑄造合金方面。但隨著航空航天構(gòu)件向大尺寸和復(fù)雜結(jié)構(gòu)發(fā)展，傳統(tǒng)的鑄造、變形等方法已經(jīng)很難滿足要求，而Mg-RE合金的增材制造開始受到關(guān)注。與以粉體為原料的增材制造工藝相比，電弧熔絲增材制造具有氧化物夾雜及氣孔缺陷少、沉積效率高等優(yōu)勢，更適用于制造航空航天大型復(fù)雜構(gòu)件。已有研究表明，WAAM制備的Mg合金的強(qiáng)度和塑性均優(yōu)于鑄造合金。然而，WAAM制備的Mg-RE合金的沉淀析出行為尚未探明，特別是與鑄造合金之間的差異亟待闡明。
近日，上海交通大學(xué)輕合金研究所吳國華教授、童鑫助理研究員團(tuán)隊(duì)同太原科技大學(xué)白培康教授、中北大學(xué)趙占勇副教授等團(tuán)隊(duì)在鎂合金領(lǐng)域頂刊Journal of Magnesium and Alloys上發(fā)表了題為”Exceptional mechanical properties of wire arc additive manufactured Mg-9Gd-3Y-0.5Zr alloy induced by promoted precipitation behavior“的研究成果。本研究重點(diǎn)研究了WAAM制造的 Mg-9Gd-3Y-0.5Zr 合金的時(shí)效析出行為，并將其與鑄造合金進(jìn)行了系統(tǒng)比較，這一工作讓我們對增材制造重稀土鎂合金的強(qiáng)化機(jī)制有了新的認(rèn)識。
02 圖片解釋
光學(xué)和掃描電鏡顯微照片，
上述掃描電鏡顯微照片所對應(yīng)的 EDS 圖
鑄態(tài) GW93K 合金的 XRD 圖譜；
相應(yīng)的掃描電鏡顯微照片
晶粒形態(tài)；KAM 圖；
不同取向角的 GB 分布。
和顯示了不同合金中
具有不同取向差的 GB 的占比
T4 處理合金的時(shí)效硬化曲線；拉伸性能；
拉伸強(qiáng)度和伸長率與其他合金的比較
GW93K 合金的 TEM 組織：
分別為鑄態(tài)合金和沉積態(tài)合金的
HAADF-STEM 圖像和SAED 圖形
沉積合金中沉淀物的 HRTEM 圖像；
中方形區(qū)域的放大圖，
內(nèi)嵌相應(yīng)的 FFT 圖；
相應(yīng)的 GPA 圖
TEM 圖像：
欠失效；峰值時(shí)效；
過時(shí)效；
和分別是峰值時(shí)效和過時(shí)效下
析出相的EDS圖譜
03 關(guān)鍵結(jié)論
這項(xiàng)研究系統(tǒng)地比較了鑄造和 WAAM 成形的 GW93K 合金之間的差異。結(jié)果表明，WAAM 成形的合金具有更高的抗拉強(qiáng)度和伸長率。通過比較兩組合金在峰值時(shí)效狀態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)除了晶粒細(xì)化外，沉積過程中形成的位錯(cuò)堆積誘導(dǎo)了細(xì)小均勻的稀土強(qiáng)化相高密度析出，這是 WAAM 樣品具有高性能的重要原因。通過對比沉積態(tài)合金在不同時(shí)效狀態(tài)下的析出行為發(fā)現(xiàn)，在過時(shí)效狀態(tài)下，那些亞穩(wěn)的β′ 相之間的交界處會(huì)形成新的析出相 βM。
上海交大采用電弧增材制造稀土鎂合金試樣實(shí)現(xiàn)卓越性能
l 谷專欄 l
網(wǎng)站投稿 l 發(fā)送至2509957133@qq.com
用戶評論