增材制造（Additive Manufacturing）属于一种数字化的制造技术，可制备出传统工艺难以制备的复杂结构，从而实现结构的个性化设计，具有广阔的应用前景。然而，由于增材制造材料微结构不均匀且包含有较多的缺陷，导致材料疲劳性能较差，这大大影响了其工业应用。长寿命服役中，构件要求承受高周甚至超高周次 (>107) 的循环载荷，因此探索增材制造材料的超高周疲劳性能至关重要。

　　中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室近期围绕增材制造铝合金(AlSi10Mg)高周、超高周疲劳特性开展了系列工作，探索了激光选区熔化（SLM）制备工艺下不同粉末尺寸（20 μm，50 μm）和制备取向（水平、垂直）对 AlSi10Mg的超高周疲劳性能及裂纹萌生机理的影响（图 6）。揭示了增材制造材料微结构各向异性特征，从宏观和微观角度分别探索了其对疲劳性能的影响机制。结果表明，材料内部未熔合颗粒是其裂纹起源的主要形式，并展示出五种不同的裂纹起源方式（图 7）。基于 AlSi10Mg 材料的应力-寿命 (S-N) 数据和疲劳裂纹尺寸，建立其高周、超高周疲劳失效概率与疲劳寿命、外加载荷的关联，获得了裂纹萌生位置对裂纹扩展速率的影响模型。本研究不仅为增材制造铝合金的工程应用提供了有效的疲劳性能数据，同时对于探索增材制造铝合金的裂纹萌生及扩展机制奠定了基础。

　　相关工作近期发表在疲劳研究领域重要期刊 International Journal of Fatigue(https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2020.105696, https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2020.106013)上。工作得到了国家自然科学基金委“非线性力学的多尺度问题研究”基础科学中心 (基金号 11988102) 的支持。

图 7. 制造铝合金(AlSi10Mg)五种疲劳裂纹起源方式。