引文格式：

背景简介

增材制造技术在汽车、航空航天和医疗保健等各个行业中得到了广泛的应用，它能够生产几何复杂的结构和定制部件，同时减少材料浪费，这使增材制造成为先进制造技术的基石。但与传统加工材料相比，增材制造材料固有的独特微观结构特性和残余应力会导致疲劳强度降低。这需要开发后处理技术，以提高这些增材制造的试样的疲劳性能。这些技术在减轻固有限制和释放增材制造生产组件的全部潜力方面发挥着关键作用，确保其可靠性和使用寿命。喷丸强化、空化喷丸和激光喷丸等喷丸工艺在改善这些试样的疲劳性能方面起着关键作用。在表面上引入压缩残余应力，加上表面粗糙度的改善，有助于显著提高疲劳强度。在上述背景下，本研究深入探讨了后处理技术流体动力空化磨料精加工（HCAF） 和激光空化喷丸（LCP）对AM Ti6Al4V 疲劳性能的改善，以解决和增强通过选择性激光熔化 （SLM） 生产的增材制造 Ti6Al4V 试样的疲劳性能。

成果介绍

（1）图 1 描述了三个测量区域（入口、中间和出口）的表面粗糙度显著降低：HCAF 的应用显著降低了 AM Ti6Al4V 试样的表面粗糙度。具体来说，完工试样的粗糙度值 （Ra）在入口、中间和出口位置测量的测量值分别为 6.134、6.550 和 7.544 μm。HCAF 后，这些值显着下降至 0.967、0.574 和 1.077 μm，对应于每个相应位置的减少百分比为 84.2 %、91.2 % 和 85.7 %。LCP 使表面粗糙度分别降低了 28.0 %、52.0 % 和 61.3 %。

图 1 （a） 表面粗糙度（Ra）在三个不同位置测量，（b） 粗糙度参数（Sa）在试样中心测量，以及（c） HCAF和LCP处理试样之间的表面粗糙度比较

（2）图2揭示了流体动力空化磨料精加工 （HCAF） 样品显微硬度的明显变化。规格 imens 的显微硬度分布在 HCAF 加工后略有下降，在距边缘的不同距离内始终保持在 350HV 至 300 HV 之间。这表明与完工样品相比，其硬度分布较低但更均匀，其显微硬度值范围约为 400 HV 至 300 HV 左右。

图 2 显微硬度比较

（3）图 3 显示了流体动力学空化磨料精加工 HCAF 和激光空化喷丸 LCP 引入了压缩残余应力：X 射线衍射分析表明，完工试样具有 12 ±8 MPa 的残余应力，HCAF 的压残余应力显著转变为 40 ±8 MPa，LCP 的压残余应力为 62 ±13 MPa。这种向压应力的转变对疲劳寿命有益，因为它会阻碍疲劳裂纹的发生和增长。

图 3 后处理前后的表面残余应力

（4）如图 4 所示，激光空化喷丸 （LCP） 和流体动力空化磨料翅片 （HCAF） 的疲劳寿命都得到了增强。HCAF 处理试样的疲劳强度为 319 ±28 MPa，LCP 处理试样的疲劳强度为 393 ±22 MPa，比成品试样的 224 ±16 MPa 的疲劳强度有所提高，两种处理的疲劳强度差异可归因于每种技术不同的表面改性机制。利用激光诱导冲击波的 LCP 可能会产生更深、更大的压缩复合应力，从而提高抗疲劳性。相比之下，使用流体动力学和磨料颗粒的 HCAF 可能会导致应力分布不均匀。

图 4    HCAF 和 LCP 提高 AM Ti6Al4V 的扭转疲劳强度

致谢

该研究得到了日本 JSPS KAKENHI （22KK0050 和 23 K25988）、日本 JST CREST （JPMJCR2335） 和日本铃木基金会 （5-i19） 的部分支持。此外，HCAF 的研究设施得到了新加坡南洋理工大学机械与航空航天工程学院的支持。本文第一作者：Kannan Pradeep Varsha（Nanyang Technological University）、通讯作者：Hitoshi Soyama（Tohoku University）。

本期小编 杨苡桐（整理）

姚辰霖（校对）

王康康（审核）

王永杰（发布）