利用计算机断层扫描数据预测选区激光熔化制造的AlSi10Mg合金的疲劳寿命

摘要： 提出一种建模策略，通过以下步骤评估缺陷形貌对增材制造铝合金疲劳极限的影响：(i)获取材料的X射线显微计算机断层扫描(μ-CT)三维图像；(ii)计算每个独立孔隙的等效惯性椭圆；(iii)采用DSG方法建模缺陷对疲劳极限的影响；(iv)三维映射各独立缺陷的临界性。本疲劳研究采用次优沉积参数通过选择性激光熔化制备AlSi10Mg合金，以产生大尺寸未熔合缺陷。经T6热处理后，对加载轴平行或垂直于增材制造设备Z轴的试样进行R=-1的拉压疲劳试验。选取两个试样在μ-CT测试前进行表征以确定初始三维缺陷群特征。通过逐步加载疲劳试验测定各试样疲劳极限，随后用扫描电子显微镜(SEM)仔细观察断口以识别初始μ-CT图像中的临界缺陷。与疲劳试验结果对比得出以下结论：(i)当缺陷最长轴垂直于载荷轴时，将缺陷建模为等效惯性长椭球比简单等效球体更准确（疲劳极限误差5% vs 22%）；(ii)当缺陷最长轴沿载荷轴方向时，长椭球模型不适用，应改用扁椭球模型；(iii)复杂三维缺陷的"尺寸"概念应与惯性矩和载荷相关联；(iv)该分析表明表面缺陷比内部缺陷对疲劳寿命影响更显著；(v)可绘制全试样三维缺陷临界性图谱，直观显示对疲劳寿命最关键的缺陷位置。