科学网—SMMF|减少23%铌！ICME赋能增材制造IN 718与SS 316 L混合，实现卓越拉伸性能
精选
已有 344 次阅读
2026-6-29 13:32
| 系统分类: 科研笔记
本文基于集成计算材料工程（ICME）框架，优化了增材制造77wt% IN718和23wt% SS316L混合粉末的时效热处理工艺。研究筛选出最佳双阶时效方案，使这种铌含量显著降低的新合金获得了媲美传统块体IN71的拉伸性能，并大幅提升了延展性。该工作为关键元素减量化的高性能合金开发提供了高效的新路径。
【背景与挑战 】
增材制造（AM）通过控制粉末混合为合金成分探索提供了途径，可战略性地减少铌（Nb）和钛（Ti）等关键元素，同时保持高温合金的力学完整性。然而，为这些新混合物设计非等温的后热处理极具挑战性，传统的“试错法”在面对多步时效工艺的指数级参数扩展时显得极为低效 。
【高通量ICME框架的建立】
匹兹堡大学Wei Xiong研究团队开发了一种基于ICME的高通量建模框架。该模型特别针对多步等温时效过程中非球形的γ’’析出相及其多峰尺寸分布，对屈服强度模型进行了修正。研究选用77wt% IN718和23wt% SS316L的混合粉末（77.IN718）通过激光粉末床熔融（LPBF）技术进行打印，以解耦打印热历史与后处理诱导再结晶的影响 。
图1. 新合金设计与热处理优化的整体模拟与实验工作流程图
【工艺筛选与优化】
通过高通量计算，团队共筛选了1944种双步时效工艺曲线。
模型综合考量了机械性能与工业效率，最终确定了最佳的热处理方案为：725 °C保温8小时后，在600 °C再保温8小时。
图2. 77.IN718在不同双步时效条件下的高通量屈服强度分布图
【性能突破】
尽管新合金（77.IN718）中的关键合金元素（包括Nb和Ti）相比标准Inconel 718大幅减少了23%，优化后的合金在室温下依然实现了1055 MPa的屈服强度和1285 MPa的极限抗拉强度。更值得注意的是，其延伸率达到了19.5%，比ASTM标准的12%提升了62.5%。这证明了通过优化析出相管理，SS316L改性系统能够实现卓越的强度-延展性协同效应 。
图3. 不同时效条件下77.IN718与ASTM IN718标准目标的拉伸性能对比图
【论文第一/通讯作者简介】
Wei Xiong
单位：美国匹兹堡大学机械工程与材料科学系，物理冶金与材料设计实验室（Physical Metallurgy and Materials Design Laboratory, Department of Mechanical Engineering and Materials Science, University of Pittsburgh）。
邮箱：weixiong@pitt.edu 或 w-xiong@outlook.com。
主页： http://www.pitt.edu/~weixiong。
【资助信息】
本研究获得了美国国家科学基金会（National Science Foundation）早期职业生涯发展奖（Faculty Early Career Development Award，编号：CMMI 2047218）的资助 。
【原文信息】
Daozheng Li, Luis Fernando Ladinos Pizano, Liyi Wang, Wei Xiong, Achieving Inconel 718-level tensile properties at room temperature with 23% less niobium: ICME-enabled design via controlled powder blending of Inconel 718 and stainless steel 316L in additive manufacturing, Smart Materials in Manufacturing , Volume 4, 2026, 100140.
【原文链接】
https://doi.org/10.1016/j.smmf.2026.100140
【期刊简介】
Smart Materials in Manufacturing (SMMF) 是一本跨学科的开放获取型国际期刊。期刊主要关注最新型嵌入式功能材料的制造、加工及创新，聚焦现有及最前沿的处理新型材料及系统的制造技术。期刊主编由RMIT University的Cuie Wen教授担任。
SMMF主要刊发原创研究论文、权威评论和最前沿的研究理论及观点。涉及研究领域包括但不限于结构层次、仿生学、受控相位形成、结构适应性、形状记忆和变形能力、刺激响应、针对目标应用、传感和驱动的改进和定制特性。
所有投至期刊的文章均经过严格、高水平的同行评审，一经收录将发表在月活用户超过2000万的ScienceDirect平台，供领域内的学者、及全球读者免费阅读、下载及引用。欢迎广大师生、学者朋友们积极投稿！
目前，期刊已被DOAJ，ESCI，Scopus，CAS(美国化学文摘)，Ei Compendex，EBSCO及INSPEC等数据库收录，且SCImago排名Q1区，JCR材料科学排名Q1区。
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自科爱KeAi科学网博客。 链接地址： https://blog.sciencenet.cn/blog-3496796-1541424.html
上一篇： BMT新文19 | 上海九院刘科开发mRNA嫩肤新技术！皮内递送BCL-2逆转UVB光老化 下一篇： WSEE论文推荐：青藏高原正在融化的湖泊加速温室气体释放｜成果获国际权威平台EurekAlert!专题报道 欢迎参加科学网十佳博文评选活动！ 主办单位： 
支持单位： 