帝國理工×香港理工！增-鍛混合制造讓鈦合金性能超越傳統鍛件，航空領域迎新機遇

帝國理工學院與香港理工大學領銜的國際科研團隊，在金屬制造領域取得新突破。相關研究成果以《Achieving superior tensile and fatigue properties than conventional wrought state via hybrid additive-forging manufacturing》為題，發表于國際知名學術期刊《Materials and Design》（DOI: 10.1016/j.matdes.2026.115485）。該研究提出的增材 - 鍛造混合制造策略，成功讓Ti-6Al-4V鈦合金的拉伸性能和疲勞性能超越傳統鍛件，為航空航天等高端制造領域提供了全新技術方案。

研究背景：增材制造的“痛點”亟待解決

增材制造（3D打印）憑借分層構建的獨特優勢，能實現傳統工藝難以完成的復雜結構制備，在航空發動機零部件等高端制造場景中極具應用潛力。然而，增材制造的鈦合金材料常存在不理想的微觀結構，導致其延展性和疲勞性能難以滿足高性能制造需求，限制了該技術在關鍵承力構件上的規模化應用。

為破解這一難題，帝國理工學院與香港理工大學團隊攜手，聯合多家機構開發了“增材制造 + 熱鍛”的混合制造技術，通過精準調控熱歷史和塑性流動，實現缺陷修復與微觀結構優化的雙重目標。

核心亮點：三大突破重塑鈦合金性能天花板

1.性能全面超越：經混合工藝制備的 Ti-6Al-4V 鈦合金，不僅拉伸延展性提升 75%（從 6.8% 增至 11.9%），疲勞性能更是顯著優于傳統鍛件，解決了增材制造材料 “強度有余、韌性不足” 的關鍵痛點。

2.微觀結構可控：通過調控鍛造溫度（850-980℃）和保溫時間，實現了針狀馬氏體向等軸 α/β 相的轉變，同時借助動態再結晶細化晶粒，使材料性能均勻性大幅提升。

3.實用化驗證成功：團隊利用該技術成功制備出航空發動機葉片縮比樣件，滿足實際應用對結構完整性和性能穩定性的嚴苛要求。

航發葉片縮比件閉式模鍛工藝設計：(a) 代表性樣件設計，(b) 預鍛樣品設計，(c) 閉模設計，(d) 增材-鍛造混合工藝

增鍛復合與鍛造典型組織對比：(a) 打印態、(b) 鍛態、(c) 熱處理態與(d) 增鍛態樣品。

增鍛復合制造微結構演化規律

縮比樣件微觀組織特征

結語：跨界合作開啟高端制造新篇章

帝國理工學院與香港理工大學的此次聯合研究，不僅突破了增材制造材料性能的固有局限，更構建了 “增材 + 鍛造” 的混合制造技術體系，為高性能金屬材料的規模化應用奠定了堅實基礎。該技術在航空發動機葉片、航天結構件等高端裝備制造中具有廣闊應用前景，有望推動制造業向 “高精度、高性能、高效率” 方向轉型升級。

未來，研究團隊將進一步優化工藝參數，拓展技術在更多合金材料中的應用場景，持續探索混合制造技術的產業化路徑，為全球高端制造產業發展注入新動能！

第一作者簡介

Wei Wang，帝國理工學院機械工程系博士研究生/博士后，主要研究方向為擴散連接、增材制造與后續加工工藝優化，聚焦鈦合金等高性能金屬材料的微觀結構調控與力學性能提升。在《Acta Materialia》《International Journal of Machine Tools and Manufacture》等國際頂級期刊發表多篇學術成果，擅長通過實驗表征與有限元模擬相結合的方法解決先進制造中的關鍵技術問題。

通訊作者簡介

Ruiqiang Zhang（張瑞強），香港理工大學工業及系統工程學系研究助理教授。研究主要圍繞金屬材料的先進實驗測試方法（如多軸加載測試）、先進制造工藝（如熱沖壓、增材制造）以及先進建模技術（如晶體塑性有限元建模）。在《Acta Materialia》《International Journal of Machine Tools and Manufacture》等高影響力期刊上發表論文30余篇。

其他作者簡介

Jianguo Lin（林建國），英國皇家工程院院士、歐洲科學院院士、香港工程院院士，曾任英國帝國理工學院材料力學系主任、現任香港理工大學工程學院工業及系統工程學系講座教授，材料科學、先進金屬成形技術的國際頂尖專家。

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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