| 成果名称: | 电弧增材制造Inconel718疲劳裂纹萌生及损伤演化机理研究 |
| 完成单位: | 东莞材料基因高等理工研究院 |
| 主要人员: | 吴桂毅 |
| 介绍: | 1、课题来源与背景：课题类型是区域联合基金-青年基金项目，来源单位是广东省科学技术厅，经费实际投入额来源于省级投入10万元，课题立项名称是“电弧增材制造Inconel718疲劳裂纹萌生及损伤演化机理研究”，课题立项编号是2021A1515110316。电弧增材制造的Inconel718与传统铸造、锻造的材料存在着显著差异，研究其显微结构、晶粒取向、微缺陷状态、内部应力分布与疲劳裂纹萌生及损伤演化的关系，涉及到众多全新科学问题的研究，以及高科技试验手段的应用，具有重要的理论意义和应用价值，也是制备高质长寿命电弧增材制造Inconel718构件的关键所在。目前对电弧增材制造Inconel718疲劳裂纹萌生及损伤演化的研究还处于起步阶段，这给我国材料与力学工作者提供了很好的机会，在国际上赶超和引领该方向。 2、研究目的与意义：增材制造产生的微缺陷一直是一个备受关注的焦点 ，如何控制微缺陷是电弧增材制造Inconel718合金疲劳裂纹萌生及损伤演化不可忽视的待解之谜。然而，微缺陷的存在并不是裂纹萌生的唯一因素，电弧增材制造Inconel718构件的各向异性显微组织与疲劳裂纹萌生联系紧密。本项目开展的电弧增材制造Inconel718疲劳裂纹萌生及损伤演化机理研究，可进一步指导和优化增材制造工艺。本项目的顺利实施不但能丰富增材制造材料疲劳裂纹萌生理论，对于研发和大规模应用电弧增材制造技术将起到巨大的推动作用。同时，对于科学问题的探索和加快电弧增材制造Inconel718在航空航天、潜艇、核电等领域关键构件的应用具有十分重要的战略意义。 3、主要论点与论据：研究发现，在采用CMT增材制造的IN718样件中，材料的拉伸性能表现出各向异性，沿着沉积方向（BD）的延展性要优于沿着长度方向（WD）的延展性，但在屈服强度上，两个方向的差异较小。另外，增材制造IN718内部沿着长度方向的残余应力呈现外拉内压的状态，最大的应变在基体中心下表面。WD方向的试样相比BD方向的试样表现出更优越的疲劳寿命。这一差异主要归因于BD试样中存在更强的应力集中因子，导致较早的裂纹形成，从而缩短了疲劳寿命。当考虑含有裂纹的试样时，在裂纹与BD平行的试样中，疲劳裂纹扩展速率略慢于裂纹垂直于BD的试样。 4、创见与创新：（1）在电弧增材制造IN718材料上采用了原位扫描电镜疲劳、原位同步辐射和原位中子衍射实验来研究疲劳和断裂损伤的演化规律，获得增材制造IN718断裂和疲劳性能各向异性的重要实验依据：（2）在电弧制造IN718材料上首次采用了轮廓法测量获得构件内部残余应力分布，探究了残余应力对疲劳寿命和疲劳裂纹扩展的影响；（3）通过原位中子衍射法和DIC的结合可以追踪晶体位移从而有效地考虑测量体积的位移变化，获得大晶粒结构中的晶格应变，实现增材制造材料裂纹尖端表面和内部不同尺度应变的原位测量。 5、社会经济效益与存在的问题：本项目的研究成果为高性能部件的制造与服役提供了可能，尤其适用于制造尺寸较大的复杂零部件，如涡轮机壳体、管路接头和复杂结构框架等。从项目的研究中，进一步加深了项目负责人对增材制造领域 的理解，提高了项目负责人的科研水平。本研究已采用轮廓法获得增材制造 IN718 的残余应力分布，然而残余应力分布的数据还未能覆盖全部的参数范围。因此，接下来将研究一种高效的电弧增材制造模拟方法，可以高效模拟不同工艺参数下的残余应力分布，并与试验测量值相互验证。 6、历年获奖情况：暂无。 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2025-11-05 |
| 研究起止时间: | 2021-10-01至2024-09-30 |
| 所属行业: | 科学研究和技术服务业 |
| 所属高新技术类别: | |
| 评价单位名称: | 广东省科学技术厅 |
| 评价日期: | 2025-08-27 |
