中國粉體網(wǎng)訊 增材制造(又稱3D打印)作為一種新型制造方式,具有制造快捷、節(jié)省材料和用戶可定制等優(yōu)點,越來越受到航空、航天、汽車、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的重視。由于工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的需求,增材制造材料的疲勞性能(尤其是超高周疲勞性能)和相應(yīng)的疲勞機理成為增材制造研究領(lǐng)域亟待解決的科學問題之一。
中國科學院力學研究所金屬材料微結(jié)構(gòu)與力學性能課題組近期在增材制造鈦合金(Ti-6Al-4V)疲勞特性上開展了系列研究工作。課題組對增材制造鈦合金進行了疲勞性能測試,獲得了材料高周及超高周疲勞性能。通過對疲勞斷口觀察,報道了增材制造鈦合金高周及超高周疲勞裂紋均萌生于材料內(nèi)部孔洞及未融合缺陷,并形成“魚眼狀”斷口形貌的新現(xiàn)象。這和傳統(tǒng)鍛造金屬材料的疲勞特征與裂紋萌生機理大不相同。根據(jù)裂紋源尺寸的分布特征,構(gòu)建了疲勞性能與裂紋尺寸之間的統(tǒng)計關(guān)聯(lián);诓牧掀趬勖鼣(shù)據(jù)和疲勞裂紋缺陷尺寸,進行了概率統(tǒng)計P-S-N分析,得到該材料的高周、超高周疲勞失效概率與疲勞壽命、外加載荷的關(guān)系。此外,為進一步探索疲勞裂紋擴展特性,課題組利用原位疲勞加載裝置,獲得了不同溫度下、不同制備取向的Ti-6Al-4V裂擴展速率,揭示了不同取向增材制造鈦合金疲勞裂紋擴展的機制。
該研究不僅為增材制造鈦合金的工程應(yīng)用提供了有效的疲勞性能數(shù)據(jù)。同時,對于探索增材制造鈦合金的裂紋萌生及擴展機制奠定了理論基礎(chǔ)。
相關(guān)工作近期發(fā)表在疲勞研究領(lǐng)域期刊International Journal of Fatigue,并得到國際同行的高度評價。
該研究得到國家自然科學基金重點項目、中科院率先行動計劃項目支持。
圖:增材制造Ti-6Al-4V材料高周、超高周疲勞及不同溫度下疲勞裂紋擴展性能 (a) 高周、超高周疲勞測試試樣 (b) S-N曲線 (c) 裂紋源 (d) “魚眼狀”斷口形貌 (e) 裂紋源粗糙度 (f) 超高周疲勞強度統(tǒng)計分布 (g) 裂紋擴展原位測試試樣 (h) 裂紋擴展形貌 (i) 不同溫度下、不同制備取向試樣,裂紋長度隨疲勞周次變化。
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/江岸)
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