金属增材制造作为前沿热点制造技术之一,近年来在各种重要工业领域的研究和应用日益广泛。随着增材制造技术的发展,增材制造金属材料的静态/准静态力学性能与锻件性能基本相当,甚至优于锻件,但增材制造金属材料的疲劳性能与传统制造金属还有一定差距,且疲劳寿命分散性较大。
南京航空航天大学易敏教授课题组在《Journal of Materials Processing Technology》上发表了题为“A holistic review on fatigue properties of additively manufactured metals”的综述文章,全面回顾了增材制造金属疲劳性能的最新研究进展。本工作汇总了包括钛合金、铝合金、钢、镍基合金、镁合金和高熵合金在内的疲劳寿命及疲劳裂纹扩展数据。钛合金及铝合金因为其疲劳性能优异,应用范围广,在航空航天领域内受到了持续的关注,部分增材制造钛合金疲劳性能已媲美甚至超越传统制造金属。增材制造镍基合金则在高温环境下展现出良好的抗疲劳性能。增材制造高熵合金由于具有可变形的多组分金属间化合物和可优化的微观结构,其在抗疲劳设计上显现出独特的优势。
同时,本工作通过系统回顾过去十年内发表的疲劳数据(S-N与da/dN-DK曲线),基于一致的疲劳测试标准,对增材制造金属的疲劳性能进行了深入分析。研究不仅涉及材料的微观结构、残余应力、表面粗糙度等内在因素,还探讨了制造参数、粉末质量、后处理技术(热处理、表面处理)等过程参数对疲劳性能的影响。合理的后处理过程可以降低增材制造金属的孔隙率,消除诱发疲劳失效的致命孔隙,显著提升其疲劳寿命。
随着对增材制造金属疲劳性能的深入理解,预计未来将有更多的创新解决方案被开发出来,以满足工业界对高性能金属部件的迫切需求。同时,随着机器学习和大数据技术的融合应用,预计在不久的将来,我们将能够更准确地预测和理解增材制造金属的疲劳寿命,实现工程设计的优化和创新。