Scripta Materialia: 残留応力を操作して積層造形された CoCrMo 合金の延性を向上させる

Scripta Materialia: 残留応力を操作して積層造形された CoCrMo 合金の延性を向上させる
出典:浙江理工大学レーザー先進製造研究所

CoCrMo (CCM) 合金は通常、面心立方 (FCC) および六方最密充填 (HCP) 相構造で構成されます。この合金は、生体適合性が良好で高温での機械的特性が優れているため、整形外科用インプラントや航空宇宙エンジン部品に効果的に使用されています。主流の積層造形 (AM) 技術の 1 つであるレーザー粉末床溶融結合 (LPBF) は、最小限のツール コストと材料消費で複雑な構造の金属部品を製造できます。研究では、LPBF で製造された CCM 合金は、従来の製造方法で製造されたものと比較して降伏強度が高いことが示されました。この強化メカニズムは、高密度の格子欠陥、最密六方相構造、生成された析出物などの独特の微細構造に起因します。しかし、最密充填六方相は、FCC/HCP相界面でひずみが局所化する傾向が高く、これが微小亀裂の発生と伝播につながり、最終的にはLPBFで製造されたCCM合金の早期破損を引き起こします。

LPBF 製 CCM 合金の延性不足の問題を克服するために、研究者らは、新しいスキャン戦略の採用、化学組成の調整、FCC/HCP 相構造を制御するための後熱処理の実行など、さまざまな方法を模索しました。

この研究では、LPBF で製造された CCM 合金 (LPBF CCM) の降伏強度を低下させることなく延性を効果的に向上させる新しい戦略を提案します。適用されたレーザー処理パラメータを調整することにより、残留応力のレベルを制御できます。残留応力レベルが低い LPBF CCM 合金は、高残留応力状態下で広範囲の格子転位を示し、大量の転位の増殖と蓄積ではなく、大きな塑性変形を維持し、深刻な応力集中と早期破損の問題を回避します。その後の低温焼鈍研究により、残留応力が LPBF CCM 合金の延性に及ぼす影響が検証され、延性がさらに 20% まで向上しました。この研究の結果は、高性能 LPBF CCM 合金を製造するための将来のレーザー処理パラメータの開発と関連するその後の熱処理の最適化に関する洞察を提供します。

この研究結果は、「残留応力に合わせた高積層欠陥確率による積層製造された CoCrMo 合金の延性向上」というタイトルで Scripta Materialia 誌に掲載されました。

図 1. LPBF で製造された低エネルギー密度 (LED) (ae) および高エネルギー密度 (HED) (fj) サンプルの微細構造特性。

図 2. LPBF で製造された LED および HED サンプルの引張特性。
図3. LPBFで製造されたLEDおよびHEDサンプルの引張変形挙動の特性評価。
図4. 熱処理中のLEDおよびHEDサンプルの残留応力と引張特性の変化。
レーザー、後処理、ストレス

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