天津大学-华理工等：电弧增材制造的不锈钢308L多轴低循环疲劳行为和寿命预测研究

时间：2024-09-11 10:51 来源：WAAM电弧增材作者：admin 阅读：次

电弧增材制造（WAAM）因能以最快的沉积速度和最低的成本制造大型结构部件或零件而备受关注。奥氏体不锈钢（SS）兼备优异的机械性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于汽车、航空航天和核工业领域。循环加载往往会导致奥氏体不锈钢部件在其使用寿命期间发生疲劳失效，并且在许多应用中加载情况具有多轴特性，即使在单轴加载情况下，部件也可能由于复杂的几何形状或残余应力的相互作用而经历轴向和剪切应力共同作用的应力状态，因此了解 WAAM 奥氏体不锈钢在多轴应力条件下的循环和疲劳行为对于提供可靠的工程应用至关重要。

近日，天津大学同华东理工大学、天津市化工安全与装备技术重点实验室在材料科学领域期刊International Journal of Fatigue上发表了题为"Multiaxial low cycle fatigue behavior and life prediction of wire arc additive manufactured 308L stainless steel"的研究成果。本研究旨在通过对 WAAM 308L 不锈钢进行轴向、扭转以及轴向 - 扭转多轴加载下的疲劳测试来填补一些研究空白。

图 1. (a) WAAM 308L 不锈钢板和

(b) 热轧 308L 不锈钢棒的照片

图 2. WAAM 308L 不锈钢的微观结构

(a) 为低倍率下垂直截面的光学显微镜（OM）图像；

(b) 为高倍率下垂直截面的反极图（IPF）；

DD 指沉积方向

图 3. 热轧 308L 不锈钢的显微结构

(a）为光学显微镜（OM）图像；

（b）为反极图（IPF）

图 4. 疲劳试验的试样几何形状

图 5. 加载路径和应变加载模式示意图：

（a）单轴；（b）扭转；

（c）多轴环形路径

图 6. WAAM 和热轧（HR）308L 不锈钢在半衰期内

（a）单轴；（b）扭转；

（c）圆形加载路径下的轴向；

（d）圆形加载路径下的剪切方向下的

应力-应变滞后环

图 7. WAAM 和热轧 (HR) 308L 不锈钢在承受

(a) 单轴；(b) 扭转；(c) 循环疲劳载荷时的

硬化和软化曲线

图 8. WAAM 和热轧 (HR) 308L 不锈钢的

叠加单调和等效循环应力-应变曲线

以及使用 von-Mises 准则获得的数据

图 9. WAAM 和热轧（HR）308L 不锈钢在承受

（a）单轴（c）扭转疲劳载荷时的

应变振幅与疲劳寿命的关系；

WAAM 和 HR 308L 不锈钢在承受

（b）单轴（d）扭转疲劳载荷时

不同应变振幅下的疲劳寿命比

图 10. 在等效应变振幅为 0.6 % 的扭转循环加载下，

WAAM 308L 不锈钢失效样品

疲劳裂纹扩展路径的 SEM 和 EBSD 结果，

(a-c) 为低倍放大率；(d-f) 为低倍放大率

(a)(d)为波段对比度图；

(b)(e)为 IPF 图；(c)(f)为相位图

图 11. WAAM 和热轧 (HR) 308L 不锈钢

在圆形加载路径下的

等效应变振幅与疲劳寿命的关系

(责任编辑：admin)

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