加工硬化发生在什么阶段加工硬化( 三 )

时效后LB-PBF 18Ni300合金的KIc (70-75 MPa√m)与常规合金相近。Yadollahi等人估计(根据FCG数据)LB-PBF 17-4PH在H900条件下时效后的KIc为约70 MPa√m ，据称高于CM PH-17-4钢在H900条件下的KIc 50 MPa√m ，这可能是由于AM合金具有较高的延展性。关于AM钢断裂韧性的研究很少。关于AM特定特征(如凝固细胞、局部结晶织构和细观结构)对断裂行为的影响的详细研究还有待进行。
6.3. 镍基高温合金
与钢一样， AM-Ni基高温合金的断裂韧性数据也不多。少数研究结果表明，与拉伸性能一样， AM-Inconel合金的断裂韧性强烈依赖于微观结构和由此经历的热历史。Puppala等人报告，使用CTOD技术估算的LB-DED铬镍铁合金625的断裂韧性接近其焊接对应物，但低于锻造对应物。他们认为，孔隙度显著影响断裂韧性，因为孔隙度的增加导致KIc显著降低，伴随着韧性断裂模式向脆性断裂模式转变。在这里， AB条件下的低KIc归因于γ基体中没有γ′/γ′沉淀，而时效后的高韧性是通过γ′和γ′的沉淀强化实现的。然而，由于粗Laves相和非均匀γ′′/γ′沉淀的存在，直接时效处理并不能改善KIC 。因此，需要高ST和AG处理来实现与CM对应物相当的KIc 。如前所述， Laves相的溶解和Nb的均匀分布只能通过1050°C以上的溶解来实现，这也会导致等轴晶粒结构和晶粒生长。
6.4. 铝合金
AB状态下LB-PBF铝硅合金的熔池边界处存在连续的枝晶间Si相网络，这为裂纹扩展提供了一条简单的路径，因此促进了广泛的裂纹偏转。因此，由于细观结构引起的裂纹弯曲，这些合金中的细观结构对断裂韧性产生了显著且通常是积极的影响。在LB-PBF AlSi12中， Suryawanshi等人报告， KIc值比铸造合金高2-4倍。Suryawanshi等人将强度的显著提高归因于微观结构的细化和固溶体中相对较高的Si 。
韧性的提高完全是由于细观结构，细观结构通过熔体池边界处的裂纹偏转增强了裂纹的弯曲度。自然地，细观结构赋予韧性各向异性，构建方向（Z）上的断裂韧性更高，因为裂纹平面法线平行于构建层，裂纹扩展基本上发生在各个层之间。退火降低了这些合金的KIc ，尽管以强度为代价提高了延展性。熔池边界结构（包括硅沉淀）的分解被认为是裂纹扩展阻力较低（即KIc较低）的原因。然而，热处理材料的韧性仍然是铸造合金的两倍。
采用90°扫描策略制造的合金试件与采用67°扫描策略（25–31 MPa√m）制造的材料相比。这归因于裂纹弯曲降低了断裂韧性（19–27 MPa√m）；与67°材料中的随机熔池排列相比，在采用90°扫描策略构建的试样中观察到较少曲折的裂纹路径，这导致形成两个不同的熔池方向。跨熔池边界的裂纹扩展通过颗粒间和跨颗粒失效发生。沿拉长的晶界更容易发生晶间破坏，裂纹垂直穿过熔池。当裂纹以一定角度穿过熔池边界时，穿晶失效更容易发生。此外，在裂纹偏转比穿过熔池更有利的区域，观察到单个熔池界面处的裂纹偏转。Paul等人认为，这表明跨熔池和沿熔池边界的裂纹扩展阻力存在差异。

文章插图
关于测试方向的抗裂性曲线行为和断裂韧性。R曲线依赖于（a）层厚度、（b）图案填充间距、（c）扫描策略和（d）90SS样本中的0°和45°方向。（e）直接比较各种测试条件下的R曲线。（实线表示C（T）-XZ样品，裂纹扩展平行于B.D 。；虚线表示裂纹垂直于B.D.扩展的C（T）-ZX样品。；实心符号表示用于拟合R曲线的数据。）（f）所有建造条件的JIc值。
7.疲劳裂纹扩展特性
【加工硬化发生在什么阶段加工硬化】了解疲劳裂纹扩展（FCG）特性在安全关键应用中特别重要。这允许在结构完整性和可靠性评估中使用损伤容限设计方法，其中荷载波动是不可避免的。由于AM固有几种不同类型的缺陷，尤其是孔隙和粗糙表面光洁度，这两种缺陷都对结构部件的疲劳行为极为不利，因此了解这些缺陷对于AM金属的寿命预测、零件认证和广泛应用至关重要。
金属的FCG行为分为三种状态：起始或接近阈值状态、稳态生长或Paris状态和快速断裂状态III 。状态III导致不稳定、快速的裂纹扩展，对微观结构和应力状态的变化敏感，并与合金的断裂韧性直接相关。值得注意的是，细观结构的存在可能使AM合金的延展性和KIc不相关，如前所述。这意味着结构完整性评估需要深入了解与底层微观和细观结构相关的断裂韧性特性，即需要工艺、取向和热处理特定的断裂韧性特性。相反，残余应力和孔隙度不会对快速断裂状态产生重大不利影响（除非其数量过大，这将使打印零件的应用适用性变得毫无意义）。

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