增材制造鈦合金疲勞性能研究獲進展

增材制造（又稱3D打?。┳鳛橐环N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(xué)問題之一。

中國科學(xué)院力學(xué)研究所金屬材料微結(jié)構(gòu)與力學(xué)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)。基于材料疲勞壽命數(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(xué)基金重點項目、中科院率先行動計劃項目支持。