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探秘3D打印17-4PH不锈钢的低周疲劳研究

发布时间:2020-06-10 14:14:08作者:原创阅读:2363

aau讯(编辑 卢晶)据外媒报道,研究员Kaley Collins已于近日向阿肯色大学的土木工程系提交了一篇题为“用于3D打印的17-4PH不锈钢材料的低周疲劳行为研究”的论文。Collins研究的重点在于不锈钢的性能和低周疲劳状态,其研究项目的目标是开发应变寿命曲线,以消除金属结构的破坏。

 

据了解,本项研究的重点是消能设备,该设备可使结构承受地震载荷,即承受地震等灾难性应力。如今,随着3D打印工艺在众多工业应用中得以应用,用户将从3D打印的众多优势中受益,这些优势包括可负担性、速度和更高效率,以及创建以前不可能实现的复杂几何形状的能力。

 

Collins以17-4PH不锈钢材料为研究核心,比较了通过传统方法以及3D打印制成的地震消散设备。虽然3D打印经常受到用户的肯定,但随着用户承担新的创新项目,以及进一步研究复杂零件的功能,因此仍需要克服许多挑战。

 

据悉,内部缺陷仍然是全世界研究人员的研究重点,以希望消除在新工具,材料,监视系统等方面存在的问题。在金属打印中,空洞可能是导致失效的催化剂,并且导致削弱打印的“分层热影响”区域。

 

Collins解释说:“为更好地了解AM材料在ELCF(低周疲劳)状态下的性能,用户需对地震载荷下的材料性能有所了解,并为减震设备构建优化的自由形态。该研究中所有实验的疲劳负荷都是受应变控制的,样品处于受压状态,贯穿整个循环直至失效点,五个样本(XS)由行业合作伙伴制造,而其他八个(NS)由美国国家标准技术研究院创建。在研究团队将其从模板上取下之前,所有NS标本都经过了热处理,而XS标本则没有。”

 

 

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符合ASTM E606的试样几何

 

 

控制应变评估是通过伺服液压疲劳测试机进行的,之后直接使用刀式引伸计来评估是否施加了合理的应变范围。

 

 

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每个样品的应变范围

 

 

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用金刚石压头进行显微硬度测试

 

 

据了解,对于所有样品,在经过几个无弹性的循环后都会导致颈缩和断裂。但是,使用热处理后,ELCF行为没有“可观察到的影响”。

 

 

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锻钢试样的ELCF断裂使应变循环反向

 

 

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AM和轧制17-4PH不锈钢的应变寿命曲线

 

 

总体而言,AM 17-4PH不锈钢表现出的疲劳寿命比变形的17-4PH不锈钢低,因为它们执行了非弹性循环应变。

 

Collins总结道:“由于未融化的颗粒,AM钢内的空隙和缺陷会导致疲劳寿命的降低。AM 17-4PH不锈钢比17-4PH不锈钢具有更高的屈服应力后应变硬化性能。在样品的抓握部分和标准部分进行的显微硬度测量表明,AM钢的屈服应力后硬化与传统制造的钢有所不同。”

 

 

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从AM钢故障表面获取的分形图像

 

 

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