在高端制造業(yè)的賽場(chǎng)上，金屬材料的性能一直是競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵焦點(diǎn)。近日，一則來自中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的重磅消息，如同一顆投入科技湖面的巨石，激起千層浪—該所研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出新型3D打印后處理技術(shù)，制造出“全能”抗疲勞鈦合金材料，一舉刷新金屬材料抗疲勞世界紀(jì)錄，為全球高端制造領(lǐng)域帶來了一場(chǎng)顛覆性的變革。這一突破性成果迅速引發(fā)行業(yè)熱議，更是吸引了鈦之家的重點(diǎn)報(bào)道。

3D打印之困：高端應(yīng)用的“阿喀琉斯之踵”

3D打印技術(shù)，即增材制造，憑借其能夠輕松打造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輕量化金屬零件的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為新一代飛機(jī)、航天器等高端裝備追求減重和一體化的“寵兒”。然而，這一技術(shù)卻長(zhǎng)期受困于一個(gè)致命弱點(diǎn)—打印出的金屬零件疲勞性能差。在反復(fù)受力的情況下，零件極易產(chǎn)生裂紋甚至斷裂，這一“硬傷”嚴(yán)重限制了3D打印技術(shù)在關(guān)鍵領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，就像給高速飛馳的科技列車套上了沉重的枷鎖。

“全能”新定義：多應(yīng)力比下的抗疲勞傳奇

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)“全能”抗疲勞給出了全新的詮釋：材料在各種應(yīng)力比條件下，都能展現(xiàn)出*的抗疲勞能力，即具備抵抗反復(fù)受力而不損壞的*特性。這意味著，無論金屬零件在實(shí)際應(yīng)用中面臨怎樣復(fù)雜多變的受力情況，這種新型鈦合金材料都能始終保持穩(wěn)定的性能，為高端裝備的安全運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。

創(chuàng)新工藝破局：消除“元兇”，改寫世界紀(jì)錄

2024年初，研究團(tuán)隊(duì)成功發(fā)明凈增材制造（Net-AMpreparation，NAMP）新工藝。這一工藝如同一位技藝精湛的“材料醫(yī)生”，能夠精準(zhǔn)控制材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷。利用該工藝制備的Ti-6Al-4V（一種*常用的鈦合金），可同時(shí)消除微孔和粗大組織這兩個(gè)導(dǎo)致材料疲勞的“元兇”。在循環(huán)“拉-拉”應(yīng)力條件下，這種新材料打破了“比疲勞強(qiáng)度”（強(qiáng)度除以密度，是衡量輕質(zhì)材料性能的關(guān)鍵指標(biāo)）的世界紀(jì)錄，向世界證明了3D打印材料同樣可以擁有*的抗疲勞能力，為3D打印技術(shù)在高端制造領(lǐng)域的應(yīng)用打開了一扇通往新世界的大門。

攻克*難題：全應(yīng)力比下的高疲勞強(qiáng)度

現(xiàn)實(shí)中的金屬零件，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、起落架等，所面臨的受力情況極為復(fù)雜，應(yīng)力比不斷變化。不同的應(yīng)力比會(huì)引發(fā)材料內(nèi)部不同的損壞機(jī)制，而傳統(tǒng)的鈦合金微觀組織結(jié)構(gòu)往往存在“偏科”問題，只在某些特定的應(yīng)力比下表現(xiàn)出良好性能，換一種應(yīng)力比就可能“水土不服”。這使得制造一種能“通吃”所有工況的材料成為業(yè)界夢(mèng)寐以求卻又難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

面對(duì)這一*難題，研究團(tuán)隊(duì)深入鉆研，揭示出鈦合金中幾種容易導(dǎo)致疲勞開裂的薄弱環(huán)節(jié)，以及它們?cè)诤畏N受力模式下會(huì)“發(fā)作”。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)利用NAMP工藝制造出近乎無孔洞的3D打印組織，能夠同時(shí)優(yōu)化所有這些薄弱環(huán)節(jié)。這種3D打印鈦合金具備在全應(yīng)力比條件下都保持高疲勞強(qiáng)度的特性，就像一位全能戰(zhàn)士，無論面對(duì)何種挑戰(zhàn)都能從容應(yīng)對(duì)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更是為這種新型鈦合金材料的*性能提供了有力佐證：在不同應(yīng)力比的疲勞測(cè)試中，其“比疲勞強(qiáng)度”全面優(yōu)于所有金屬材料。這一成果不僅為中國(guó)高端制造業(yè)的發(fā)展注入了強(qiáng)大動(dòng)力，也為全球金屬材料領(lǐng)域的發(fā)展指明了新的方向。未來，這種“全能”抗疲勞鈦合金材料有望在航空航天、汽車制造、能源等多個(gè)領(lǐng)域大放異彩，推動(dòng)全球高端制造業(yè)邁向一個(gè)新的高度。

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