微试样厚度对增材制造GH3536合金疲劳寿命的影响及其临界尺寸的确定

doi:10.11900/0412.1961.2025.00107

金属学报 DOI: 10.11900/0412.1961.2025.00107

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微试样厚度对增材制造GH3536合金疲劳寿命的影响及其临界尺寸的确定

胡炳利^1,2,王源晨¹,张滨³,张剑锋⁴,侯慧鹏⁴,张广平¹

1 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳 110016

2 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳 110016

3 东北大学材料科学与工程学院材料各向异性与织构教育部重点实验室沈阳 110819

4 中国航发商用航空发动机有限责任公司材料工程部上海 201306

Effect of miniature specimen thickness on fatigue life and determination of its critical dimension in additively manufactured GH3536 alloy

HU Bingli ^1,2, WANG Yuanchen ¹, ZHANG Bin ³, ZHANG Jianfeng ⁴, HOU Huipeng ⁴, ZHANG Guangping ¹

1 Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China

2 School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology of China, Shenyang 110016, China

3 Key Laboratory for Anisotropy and Texture of Materials, Ministry of Education, School of Materials Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China

4 Material Engineering Department, AECC Commercial Aircraft Engine Co. Ltd., Shanghai 201306, China

引用本文:

胡炳利王源晨张滨张剑锋侯慧鹏张广平. 微试样厚度对增材制造GH3536合金疲劳寿命的影响及其临界尺寸的确定[J]. 金属学报, DOI: 10.11900/0412.1961.2025.00107.

全文: PDF(5492 KB)

摘要: 随着增材制造（AM）技术向工业化应用迈进，受限于AM合金独特的组织、缺陷特性及部件结构/尺度的限制，基于微试样对其力学性能开展有效、科学的认证与评价的方法变得尤为迫切。本研究通过对不同厚度的微试样进行拉伸和悬臂梁弯曲实验，研究了试样厚度与晶粒尺寸的比值（t/d）对AM技术制造的GH3536合金力学性能的影响。结果表明，随着t/d的增加，合金的抗拉强度、均匀伸长率及疲劳寿命均先逐渐增大后趋于平稳。结合实验结果及有限元分析，确定了悬臂梁型微试样弯曲疲劳测试的临界尺寸，即保证t/d ≥ 5.0。基于此临界尺寸合理选择微试样厚度有助于提高AM部件力学性能评价的稳定性和准确性，从而为疲劳性能评估提供更加可靠和可行的方法。

关键词 ：增材制造, 微试样, 悬臂梁弯曲实验, 临界尺寸, 疲劳性能

Abstract：As additive manufacturing (AM) technology advances toward industrial applications, constrained by the unique microstructure and defect characteristics, and structural/dimensional limitations, it has become particularly urgent to develop effective and scientific certification and evaluation methods based on miniature specimen for mechanical properties of AM component. In this study, the effect of specimen thickness to grain size ratio (t/d) on the mechanical properties of the GH3536 alloy fabricated by AM technology were investigated by using miniature specimen with varying thicknesses conducted on tensile and cantilever beam bending fatigue tests. The results show that as t/d increases, the tensile strength, uniform elongation, and fatigue life of the alloy first increase significantly and then stabilize. Combined experimental results and finite element analysis, the critical dimension of miniature specimen using for cantilever beam bending fatigue tests was established, ensuring that t/d ≥ 5.0. Reasonable selection of miniature specimen thickness based on this critical dimension contributes to improve stability and accuracy in mechanical property evaluation of AM components, thereby providing a more reliable and practical approach for fatigue performance assessment.

Key words： additive manufacturing miniature specimen cantilever beam bending test critical dimension fatigue performance

收稿日期: 2025-04-14

基金资助:国家重点研发计划;国家资助博士后研究人员计划;上海市科技启明星项目;中国博士后科学基金资助项目

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