增材制造金屬的斷裂和疲勞（4）

來源：長三角G60激光聯(lián)盟

導(dǎo)讀本文對AM合金中結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)性的當(dāng)前理解進(jìn)行了全面回顧。本文為第四部分。
7.1. 穩(wěn)態(tài)FCG特性
大多數(shù)金屬和合金中疲勞裂紋擴(kuò)展行為的狀態(tài)II使用廣泛使用的Paris關(guān)系描述。據(jù)了解，經(jīng)熱處理的AM合金的穩(wěn)態(tài)FCG行為通常與其鍛造或鑄造對應(yīng)物相似。Becker等人對LB-PBF Ti6Al4V的研究表明，在低R（<0.3）下，高殘余應(yīng)力導(dǎo)致高度可變的裂紋擴(kuò)展行為，而在高R下則不明顯。這意味著在低R下，殘余應(yīng)力的影響足以影響裂紋驅(qū)動力，從而影響FCG行為。由于已知殘余應(yīng)力與打印機(jī)器、掃描策略、零件尺寸和方向有關(guān)，AB狀態(tài)下AM合金的FCG行為在不同的機(jī)器和設(shè)置上可能會有所不同。

已建成AM 17-4 PH SS樣品在（a）矢狀面、（b）縱向和（c）橫向的EBSD晶粒結(jié)構(gòu)和相分布圖。

雖然AM鋼（包括316L和18Ni300級）的整體FCG行為與鍛造鋼相似，但正如Riemer等人所報道的，在AB和SR條件下，LB-PBF 316L可能與方向有關(guān)。這種行為歸因于微觀結(jié)構(gòu)中存在柱狀細(xì)胞，當(dāng)裂紋前緣平行于柱狀結(jié)構(gòu)時，會增強(qiáng)裂紋路徑的彎曲度，進(jìn)而降低疲勞裂紋擴(kuò)展速率。熱等靜壓后，這種各向異性不太明顯，導(dǎo)致更等軸的微觀結(jié)構(gòu)。這表明，如Olivier等人所述，更優(yōu)化的工藝參數(shù)可以減少FCG行為中的各向異性。

類似地，柱狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)可導(dǎo)致界面減弱，例如，在沉淀硬化狀態(tài)下的LB-PBF 17-4 PH中突出顯示。當(dāng)缺口垂直于構(gòu)建方向時（圖12），裂紋最初以模式I擴(kuò)展，然后轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ｊ絀I。這種行為表明裂紋傾向于沿柱狀晶界擴(kuò)展。沿細(xì)長晶界存在δ鐵素體，形成弱化界面，被認(rèn)為是裂紋路徑中觀察到偏差的主要原因。

圖12 （a）經(jīng)過沉淀硬化熱處理的17-4PH鋼的裂紋路徑。位置1和2顯示（b）1處的微觀結(jié)構(gòu)，以及（c）2處的微觀結(jié)構(gòu)。箭頭表示歸因于δ鐵素體的剪切帶，由于δ鐵素體和馬氏體的弱界面以及δ鐵素體的低塑性和脆性行為，該剪切帶加速裂紋擴(kuò)展。

細(xì)觀結(jié)構(gòu)對AM合金FCG行為的重要作用在Al-Si合金中最為明顯，其熔池邊界的特征是從細(xì)胞樹枝狀微觀結(jié)構(gòu)特征過渡到粗胞樹枝狀微觀結(jié)構(gòu)特征。此外，每個熔池內(nèi)的定向凝固導(dǎo)致具有〈100〉織構(gòu)的胞狀凝固結(jié)構(gòu)；立方材料中最有利的生長方向。裂紋擴(kuò)展相對于激光軌跡的相對方向是決定FCG速率的重要因素，導(dǎo)致特定方向的裂紋路徑輪廓，如圖13所示。同樣，LB-PBF Ti6Al4V中的柱狀PBG結(jié)構(gòu)與取向相關(guān)的FCG行為有關(guān)。

圖13 掃描電子顯微圖顯示了LB-PBF AlSi12在（a）Z-X和（b）X-Z方向上沿激光軌跡的斷裂面。

7.2. 近閾值FCG特性

對合金微觀結(jié)構(gòu)高度敏感的近閾值FCG行為取決于與裂紋幾何形狀（裂紋偏轉(zhuǎn)或分支）、裂紋尖端屏蔽（相變、塑性或殘余應(yīng)力）和環(huán)境誘導(dǎo)效應(yīng)相關(guān)的裂紋閉合機(jī)制引起的加載條件。裂紋閉合和FCG之間的相互作用以接觸裂紋面為支點，在每個加載循環(huán)中吸收一部分載荷。因此，局部降低驅(qū)動力。

與微觀結(jié)構(gòu)相對較粗的鍛造或鑄造工藝相比，許多AM工藝（尤其是AB狀態(tài)）固有的精細(xì)微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致FCG閾值相對較低。值得注意的是，粗糙度誘導(dǎo)的閉合效應(yīng)與AM生產(chǎn)金屬中常見的細(xì)觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，例如Ti6Al4V中由于AlSi10Mg和Al12Si合金中的柱狀PBG結(jié)構(gòu)或熔池結(jié)構(gòu)。近閾值行為的改善直接影響材料對缺陷和表面粗糙度的敏感性，從而影響疲勞壽命。

7.2.1. 鈦合金

在AB條件下，LB-PBF Ti6Al4V具有相對較低的∆Kth，類似于焊接材料。在AB態(tài)合金中，近閾值FCG行為的各向異性最為明顯。Becker等人認(rèn)為各向異性是由形態(tài)結(jié)構(gòu)引起的。這導(dǎo)致與在X-Z和X-Y平面上獲得的斷裂面相比，在Z-X方向上的穿晶斷裂面與沿晶斷裂面的比率不同。因此，所需的裂紋驅(qū)動力在裂紋面之間會有所不同。這與Xu等人的觀察結(jié)果一致，他們比較了X-Z和Z-X方向的斷裂形態(tài)。類似地，Kumar等人表明，在LB-PBF Ti6Al4V中，PBG結(jié)構(gòu)對近閾值區(qū)的FCG行為產(chǎn)生直接影響；沿板條邊界和沿晶界α（熱處理后）的β相觀察到裂紋偏轉(zhuǎn)。這種偏轉(zhuǎn)顯著降低了I型裂紋驅(qū)動力，這可能導(dǎo)致阻止裂紋完全擴(kuò)展。當(dāng)比較相對于柱狀PBG結(jié)構(gòu)的開裂方向時，這一點尤其明顯，如圖14所示。

圖14 LB-PBF Ti6Al4V的Z-X（邊緣）、X-Z（垂直）和X-Y（平面）方向的裂紋輪廓。所有顯微照片均處于AB狀態(tài)，并在接近閾值區(qū)域的位置拍攝。

裂紋偏轉(zhuǎn)水平也具有方向特異性，主要是由于主要板條形態(tài)的影響，其取決于PBG結(jié)構(gòu)。沿Z-X和X-Z方向擴(kuò)展的裂紋在其前方遇到等軸光子晶體結(jié)構(gòu)，而具有X-Y方向的裂紋則經(jīng)歷拉長。凈效應(yīng)將是裂紋尾跡中不同程度的微凸體，導(dǎo)致粗糙度引起的閉合效應(yīng)的差異。

7.2.2. 鋼材

研究了316L、17-4 PH和18Ni300鋼等AM鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展行為。Riemer等人報告了方向依賴性∆LB-PBF 316L在AB和SR條件下的Kth，并報告了略低的閾值（9.1 MPa√m）在X-Z方向與在Z-X方向相比（9.9 MPa√m）。這種差異歸因于裂紋經(jīng)歷的曲折性；沿柱狀晶粒（X-Z）的裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致光滑、不太曲折的裂紋路徑，而沿Z-X方向的裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致更曲折的裂紋路徑，從而導(dǎo)致斷裂模式混合性，并因此降低∆Kth。通過熱等靜壓獲得的等軸晶粒結(jié)構(gòu)導(dǎo)致各向同性裂紋擴(kuò)展特性，與鍛造316L相當(dāng)。

BJP（頂行）和SLM（底行）樣品的波長色散光譜（WDS）分析顯示（a，d）Cr（b，e）Ni和（c，f）Mo在鐵基體中的分布。注意，在BJP試樣中，Cr和Mo在晶界處偏析，Ni耗盡。

與LB-PBF 316L不同，18Ni300似乎沒有表現(xiàn)出任何明顯的各向異性。Suryawanshi等人將他們在LB-PBF 18Ni300中觀察到的各向異性的缺乏歸因于缺乏明顯的晶體織構(gòu)，并且介觀結(jié)構(gòu)對強(qiáng)度的作用可以忽略不計。值得注意的是，裂縫彎曲的規(guī)模相當(dāng)��；裂紋偏轉(zhuǎn)在長度尺度上與X-Z方向約0.5µm的凝固胞尺寸相似。優(yōu)先定向的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和介觀結(jié)構(gòu)可能會導(dǎo)致閉合效應(yīng)的差異。

與LB-PBF材料相比，BJP 316L具有更好的近閾值FCG性能。這是因為BJP工藝產(chǎn)生的微觀結(jié)構(gòu)特征在區(qū)域I中包含豐富的FCG有效勢壘，例如退火孿晶界，錯取向為60°，δ-鐵素體相，以及大角度晶界。相反，在LB-PBF材料中，由于存在精細(xì)的凝固胞狀結(jié)構(gòu)，塑性變形很容易通過位錯交叉滑移來輔助。此外，由于50%的柱狀晶界中的取向錯誤小于5°，LB-PBF微觀結(jié)構(gòu)在阻止疲勞裂紋擴(kuò)展方面效果較差。這與相對較小的缺陷尺寸幾何結(jié)構(gòu)一起顯著改善了BJP 316L的無缺口疲勞性能。

使用EBSD獲得的代表性圖像；（a）從BJP試樣獲得的IPF圖，該圖顯示了晶粒的取向分布；（b）相圖，該圖顯示了γ–奧氏體基體（綠色）中δ–鐵素體（紅色）相的均勻分布。（b）中的藍(lán)線表明存在<111>60°退火孿晶界。（c） CM樣本的IPF圖。（d） IPF地圖的圖例。

7.2.3. 鎳基高溫合金

Ganesh等人研究了LB-DED Inconel 625的FCG行為，發(fā)現(xiàn)在較低的應(yīng)力強(qiáng)度范圍下，F(xiàn)CG行為明顯低于其鍛造的同類，而在m 為~ 3.2的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，則沒有觀察到差異。近閾值FCG發(fā)生在宏觀裂紋擴(kuò)展方向的柱狀面片上。這些合金的一個顯著特征是，經(jīng)過非最佳熱處理后，細(xì)小的非平衡Laves顆�？梢粤粼谥�晶間區(qū)域。這些區(qū)域會成為相對較弱的部位，在拉伸試驗中引發(fā)斷裂，并可能促進(jìn)近閾值區(qū)域的FCG。

Konečná等人報道稱，與變形合金相比，LB-PBF Inconel 718在近閾值區(qū)域的FCG電阻較低，這歸因于硼含量低、微觀組織較細(xì)和殘余應(yīng)力。先前的研究表明，硼的含量可以通過降低氧的變質(zhì)效應(yīng)和增加裂紋尖端位錯運動的阻力來增強(qiáng)晶界內(nèi)聚力。

IN 718中的典型斷裂面在650°C下疲勞：（a）12 ppm B，（B）29 ppm B，（C）60 ppm B和（d）100 ppm B。

7.2.4. Al合金

AM AlSi12和AlSi10Mg合金在AB狀態(tài)下的實測值ΔKth在1 ~ 1.3 MPa√m之間。與LB-PBF合相比，鑄態(tài)合金的m值較高，這是由于鑄態(tài)合金組織中存在明顯較大的Si枝晶，其在rp內(nèi)的斷裂和脫鍵增加了每加載周期的裂紋速度。雖然在LB-PBF合金中也觀察到Si枝晶，但鑄態(tài)合金表現(xiàn)為Al和Si的共晶組織以及彌散的初生α-Al相具有亞共晶成分的特征。此外，LB-PBF合金具有更精細(xì)的組織。Suryawanshi等人認(rèn)為，細(xì)觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彎曲導(dǎo)致粗糙度導(dǎo)致裂紋閉合，從而降低裂紋驅(qū)動力和FCG速率。雖然LB-PBF AlSi12表現(xiàn)出較低的∆Kth，但其FCG速率也較慢，斷裂韌性顯著增加。

（a）砷合金的典型微觀結(jié)構(gòu)。這些微結(jié)構(gòu)中的相位對比度為硅灰色和鋁白色。（b）在AS合金的BD-TD平面上獲得的高倍SEM圖像，顯示了每個激光熔池內(nèi)的胞狀凝固。圖案填充重疊區(qū)域用1標(biāo)記，區(qū)域2顯示這些重疊之外的Si相的粗化。相位對比度為硅白色和鋁灰色。（c）在AS試樣的BD-TD平面上獲得的反極圖。黑色實線表示一些熔池邊界。（d） HS合金的高倍SEM圖像（從BD-TD平面捕獲），顯示了硅顆粒的均勻分布。

8、無缺口疲勞

AM工藝相關(guān)屬性對AM合金的高周疲勞（HCF）性能尤其不利。低HCF強(qiáng)度通常歸因于高表面粗糙度；表面的微凸體作為疲勞裂紋萌生點。表面粗糙度和孔隙度在控制AM零件的整體疲勞壽命方面起著主導(dǎo)作用。雖然殘余應(yīng)力也可能影響接近閾值的FCG但其影響不太明顯。材料的微觀結(jié)構(gòu)施加的主導(dǎo)和間接影響相對較小。然而，它會影響疲勞裂紋萌生的潛伏期，這對HCF壽命特別重要。

8.1. Ti6Al4V

在AB條件下，LB-PBF Ti6Al4V的HCF強(qiáng)度明顯低于鍛造合金（500–650 MPa）。改善表面光潔度可顯著提高合金的HCF強(qiáng)度（200–350 MPa）。Gong等人報告，通過提高密度，LB-PBF和EB-PBF Ti6Al4V分別從45 MPa提高到180 MPa和50 MPa提高到270 MPa。即使零件受到SR，也未觀察到HCF行為的明顯改善，這表明殘余應(yīng)力在確定HCF強(qiáng)度方面不起關(guān)鍵作用。

熱等靜壓和噴丸處理分別通過閉合體積和表面附近的缺陷，顯著提高了HCF強(qiáng)度。然而，如果高表面粗糙度保持不變，則HIP的影響有限。通過噴丸處理，表面粗糙度降低，疲勞強(qiáng)度高達(dá)575至610 MPa，與鍛造合金的HCF強(qiáng)度相當(dāng)。噴丸處理的優(yōu)點是在表面附近引入殘余壓應(yīng)力，降低表面粗糙度敏感性。

在AB狀態(tài)下，在具有最高密度的機(jī)加工和拋光試樣上獲得的HCF強(qiáng)度仍然低于鍛造合金，突出了微觀結(jié)構(gòu)的作用。AN通過修改微觀結(jié)構(gòu)來提高固有缺陷容限來提高疲勞性能，這與接近閾值的FCG率直接相關(guān)。

Kumar和Ramamurty對四種不同的LB-PBF Ti6Al4V不同的層厚和掃描旋轉(zhuǎn)組合制備的缺陷的尺寸、形狀和分布及其對HCF行為的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以研究缺陷特征和微觀結(jié)構(gòu)對HCF行為的影響。在AB、熱處理和噴丸(SP)條件下進(jìn)行了RBF試驗。X射線斷層掃描被用來表征合金中缺陷的大小、形狀和分布。他們的結(jié)果顯示了使用不同工藝參數(shù)組合的合金的HCF強(qiáng)度之間的顯著差異(圖15)。

圖15 （a）基于El-Haddad公式的北川高橋圖，適用于在AB和熱處理條件下以t-а、30µm-90°和60µm-67°生產(chǎn)的試樣。臨界缺陷尺寸ac隨應(yīng)力幅值σa的變化與缺陷尺寸一起繪制。（b）在t-а、30µm-90°和60µm-67°下生產(chǎn)的試樣中缺陷尺寸的累積概率分布。

缺陷尺寸和分布的工藝相關(guān)屬性以及表面粗糙度與微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)的HCF強(qiáng)度∆Kth之間的關(guān)系對于AM零件在承載應(yīng)用中的廣泛采用至關(guān)重要，因為它可以用于預(yù)測疲勞壽命。

8.2. 鋼

關(guān)于使用EB-PBF和DED工藝生產(chǎn)的鋼的HCF強(qiáng)度的可用文獻(xiàn)有限，迄今為止報告的大部分工作都是關(guān)于使用LB-PBF工藝制造的合金。當(dāng)通過AM生產(chǎn)的316L和304L等奧氏體不銹鋼的LOF缺陷較大時，其HCF強(qiáng)度可低至100 MPa。降低孔隙率和表面粗糙度將HCF強(qiáng)度提高到200至250 MPa之間，這與傳統(tǒng)制造的晶粒尺寸相似的鋼的HCF強(qiáng)度相似。Wood等人觀察到SR對HCF強(qiáng)度幾乎沒有影響。然而，與Ti6Al4V一樣，噴丸處理可顯著提高HCF強(qiáng)度（20%-40%）。通常，304L的HCF強(qiáng)度高于316L。

Kumar等人比較了采用LB-PBF和BJP工藝制備的316L合金的疲勞抗力，發(fā)現(xiàn)LB-PBF合金的HCF強(qiáng)度僅為約100 MPa，而BJP合金的HCF強(qiáng)度為約250 MPa。值得注意的是，盡管與LB-PBF合金的- 2.3%孔隙率相比，BJP合金的孔隙率(介于3.7 - 5.6%之間)明顯更大，但與常規(guī)制造的合金相比，其HCF強(qiáng)度顯著更高。觀察到在內(nèi)應(yīng)力集中點（如缺陷角）形核的疲勞裂紋在微觀結(jié)構(gòu)特征（如大角度晶界、退火孿晶界和δ-鐵素體相）處停止（見圖16）。對于LB-PBF試樣，由凝固胞和柱狀晶粒組成的更精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)意味著起始的疲勞裂紋（尺寸為300至400µm的LOF缺陷）不受阻礙地生長。

圖16 BJP 316L試樣的顯微照片顯示，在270 MPa的應(yīng)力幅度σa下，疲勞試樣的標(biāo)距長度中觀察到從裂紋的所有角落開始的小疲勞裂紋，在107個循環(huán)中存活。插圖中所示的EDS圖表明，其中一個角裂紋被基體中的δ–鐵素體阻止。

Nezhadfar等人測量了加工和拋光的17-4 PH鋼試樣的HCF強(qiáng)度∼ 400 MPa，不考慮老化條件。如果打印后表面狀況保持不變（即未進(jìn)行加工和拋光），則HCF強(qiáng)度隨老化溫度的升高而增加，即H900為200 MPa，H1025和H1150處理為300 MPa。這表明，當(dāng)存在缺陷時，過度老化更有利。

8.3. 鎳基高溫合金

迄今為止，在該合金系統(tǒng)上發(fā)表的大多數(shù)HCF研究都集中在鉻鎳鐵合金718上，這也是用AM探索的最流行的鎳基高溫合金變體。AB狀態(tài)下的低HCF強(qiáng)度為150–200 MPa（AXF，R=0.1），與鍛造對應(yīng)物的450 MPa相比，通常歸因于高表面粗糙度和近表面缺陷。

很少有證據(jù)表明AM-Inconel合金的微觀結(jié)構(gòu)屬性，包括Laves和δ相的存在，以及HCF強(qiáng)度。由于晶體織構(gòu)較弱，晶粒尺寸、孔隙度、δ沉淀含量和晶界是可能決定疲勞強(qiáng)度的主要微觀結(jié)構(gòu)特征。一方面，AM材料呈現(xiàn)出更細(xì)的晶粒結(jié)構(gòu)，疲勞性能有望更好。然而，孔隙度和δ沉淀物的大量含量可能會克服這種積極影響。在某些情況下，疲勞失效是由于氧化物/碳化物夾雜引起的裂紋萌生。已知碳化物會在鍛造和鑄造合金中引發(fā)疲勞裂紋。它們的存在可能源于粉末本身，而不是LB-PBF過程。這些類型的夾雜物很脆，易于裂紋萌生，類似于孔隙。

在從第二層到最后一層的構(gòu)建平面內(nèi)觀察的基質(zhì)和致密區(qū)的TEM顯微照片。

8.4. 鋁合金

在AlSi12和AlSi10Mg合金中觀察到的一個有趣的現(xiàn)象是SR熱處理的影響，它增加了整體孔隙和缺陷尺寸。在熱處理過程中，AM-AlSi12和AlSi10Mg合金中Si顆粒的粗化及其數(shù)量的減少取決于熱處理溫度。

Todd等人報道了AB條件下，構(gòu)建方向?qū)�LB-PBF AlSi10Mg的HCF強(qiáng)度的影響可以忽略不計，即X方向和Z方向構(gòu)建的試樣分別為48和52 MPa(加工和拋光導(dǎo)致HCF強(qiáng)度增加了50%)。Naor等人研究了機(jī)械拋光前后SR AlSi10Mg噴丸的效果:拋光試樣的HCF強(qiáng)度約為110 MPa，略高于噴丸試樣的HCF強(qiáng)度約為100 MPa。AB表面光潔度可使HCF強(qiáng)度達(dá)到75 MPa。通過噴丸和拋光(電化學(xué)和機(jī)械)處理的樣品的HCF強(qiáng)度達(dá)到了約105 MPa。盡管噴丸處理后存在殘余壓應(yīng)力(這應(yīng)該會顯著降低裂紋萌生的可能性)，但表面剩余的粗糙面仍然導(dǎo)致HCF強(qiáng)度的顯著降低。

SLM AlSi10Mg試樣的微觀結(jié)構(gòu)。水平建造（a和b），垂直于建造平面剖切；垂直建造（c和d），與建造平面平行剖切。

9 結(jié)語

AM的出現(xiàn)有望以前所未有的方式徹底改變金屬零件制造。為了實現(xiàn)這一潛力，使AM合金能夠成功地應(yīng)用于工業(yè)實踐，必須深入了解加工微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。AM固有的其他特征，如細(xì)觀結(jié)構(gòu)、孔隙度、殘余應(yīng)力，以及它們之間復(fù)雜的相互作用，使這一點變得非常復(fù)雜。雖然已經(jīng)在AM的制造方面以及微觀結(jié)構(gòu)和拉伸性能的評估方面進(jìn)行了大量的研究，但對斷裂韌性和疲勞性能的研究相對較少。由于這些性能對于確保AM零件的結(jié)構(gòu)完整性（以及認(rèn)證）至關(guān)重要，因此，更多關(guān)注AM合金的疲勞和斷裂對于理解這些性能是如何由上述特征控制的至關(guān)重要。

1，雖然延展性是一個重要的特性，通常決定合金在工程實踐中的適用性，但在AM合金中，它可能不是一個非常重要的特性。這是因為凈形狀的部件是直接制造的，不需要進(jìn)一步的“二次機(jī)械加工”，否則，合金的延展性將成為一個重要因素。由于斷裂韌性（韌性在大多數(shù)傳統(tǒng)制造的合金中作為代理的關(guān)鍵性能）可以通過細(xì)觀結(jié)構(gòu)設(shè)計來增強(qiáng)，因此最好直接關(guān)注斷裂韌性的評估，以及如何以最佳方式進(jìn)一步優(yōu)化強(qiáng)韌性組合。

2，在某些情況下，基于激光工藝的快速凝固條件誘導(dǎo)了亞穩(wěn)和精細(xì)微觀結(jié)構(gòu)特征，合金元素的固溶性增加，而構(gòu)建策略賦予了細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征。前者可以增強(qiáng)強(qiáng)度，后者可以增強(qiáng)韌性。AM為設(shè)計具有增強(qiáng)強(qiáng)度-韌性組合的合金提供的這些額外“自由度”尚未得到充分利用。

3，大多數(shù)金屬AM的起始材料為粉末狀。因此，竣工零件中不可避免地存在孔隙。雖然后加工處理（如熱等靜壓）可以顯著減少（甚至消除）氣孔和缺乏熔合缺陷，但它們抵消了AM在一步生產(chǎn)最終零件的能力方面的獨特優(yōu)勢。有鑒于此，似乎對采用AM制造的部件采用“損傷容限設(shè)計”理念是確保結(jié)構(gòu)完整性和可靠性的最佳方法。在這種方法中，缺陷的存在被視為理所當(dāng)然，這使得微觀和細(xì)觀結(jié)構(gòu)對近閾值疲勞裂紋擴(kuò)展和裂紋閉合行為的作用變得重要。為此，必須詳細(xì)了解加工條件如何影響孔隙度。由于缺陷尺寸、形狀和位置等方面在確定零件疲勞壽命方面起著關(guān)鍵作用，因此需要對其進(jìn)行詳細(xì)描述。

4，如果使用環(huán)境富氫且具有腐蝕性，則可能對AM合金的結(jié)構(gòu)完整性產(chǎn)生重大影響，因為亞穩(wěn)相、細(xì)觀結(jié)構(gòu)、孔隙率和其固有的殘余應(yīng)力可能會降低性能。因此，需要對使用AM生產(chǎn)的合金的應(yīng)力腐蝕開裂和氫脆等方面進(jìn)行研究，這些方面迄今幾乎沒有受到任何關(guān)注。

5，雖然在模擬AM過程本身和微觀結(jié)構(gòu)發(fā)展方面仍在做出相當(dāng)大的努力，但基于力學(xué)的AM合金結(jié)構(gòu)斷裂/疲勞性能關(guān)系建模仍有待研究。通過這些努力獲得的見解在裁剪加工條件以增強(qiáng)損傷容限方面特別有用，例如微調(diào)細(xì)觀結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)抗裂性。

目前，阻礙金屬AM零件在工業(yè)中廣泛接受的一個主要障礙是微觀結(jié)構(gòu)的空間變化、高殘余應(yīng)力、表面光潔度和缺陷的存在，這些缺陷由原料、制造和機(jī)器間的可變性復(fù)合而成。透徹了解工藝結(jié)構(gòu)（包括屬性）-機(jī)械性能連接將有助于深入了解其中哪些是關(guān)鍵的（如果有的話），從而更容易在確保可靠性的情況下集成AM零件。

來源：Fracture and fatigue in additively manufactured metals, Acta Materialia, doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117240

參考文獻(xiàn)：D.D. Gu, W. Meiners, K. Wissenbach, R. Poprawe, Laser additive manufacturing of metallic components: materials, processes and mechanisms,Int. Mater. Rev., 57 (2012), pp. 133-164, 10.1179/1743280411Y.0000000014