探秘3D打印17-4PH不锈钢的低周疲劳研究

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。”

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。

每个样品的应变范围

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”。

锻钢试样的ELCF断裂使应变循环反向

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。”

从AM钢故障表面获取的分形图像

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