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0 近日，东北大学材料科学与工程学院张滨教授团队携手中国科学院金属研究所及太行实验室，在激光粉末床熔融(LPBF)成形Inconel718高温合金薄壁构件的高温疲劳性能厚度效应研究方面取得了重要突破。该研究成果对于优化增材制造薄壁构件的服役可靠性和设计准则具有重要意义。
随着增材制造技术的快速发展，其在航空航天、能源等高科技领域的应用日益广泛，尤其在制造具有复杂几何结构的薄壁构件方面展现出巨大潜力。然而，薄壁构件的力学性能往往随几何尺度的减小而显著变化，即所谓的“薄壁效应”，这一效应给薄壁构件的服役可靠性评价带来了挑战。
为了深入理解并解决这一问题，研究团队针对LPBF成形的Inconel718合金，详细考察了薄壁试样厚度(范围在0.25毫米至2.0毫米之间)和均匀化温度(分别为1065℃和1100℃)对其在650℃下疲劳性能的影响。研究结果显示，在相同微观组织尺度下，薄壁试样的疲劳寿命随着试样厚度与晶粒尺寸之比(t/d)的减小而显著缩短。此外，经过1100℃均匀化处理的薄壁试样相比1065℃处理的试样，展现出更高的疲劳寿命。
基于连续损伤力学及位错理论，研究团队进一步建立了描述试样厚度与组织尺度对薄壁构件疲劳寿命耦合影响的理论模型。通过该模型，团队成功获得了LPBF成形Inconel718薄壁构件在650℃下疲劳寿命稳定性的t/d边界条件。这一发现为薄壁构件的设计提供了重要的理论依据，有助于降低其高温疲劳性能对构件尺寸的敏感性。
更重要的是，研究团队还提出了通过调控热处理工艺来有效减轻LPBF成形薄壁构件高温疲劳性能厚度效应的策略。这一策略的实施有望为增材制造薄壁构件的高可靠性制造提供新的途径。
相关研究成果已在国际知名期刊《International Journal of Plasticity》上发表，题为“Tailoring thickness debit for high-temperature fatigue resistance of Inconel 718 superalloy fabricated by laser powder bed fusion”。论文的第一作者为东北大学博士研究生马涛，通讯作者包括东北大学张滨教授、太行实验室雷力明研究员以及中国科学院金属研究所张广平研究员。
此次研究的成功不仅彰显了增材制造技术在高性能材料制备方面的独特优势，也为进一步推动增材制造技术在高科技领域的应用奠定了坚实基础。未来，研究团队将继续致力于探索更多高性能材料的增材制造及其性能优化策略，为相关行业的高质量发展提供有力支持。
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