-‎--‎-

مهندسي مواد

در اين پژوهش رفتار خستگي كم‌چرخه آلياژ تيتانيوم Ti–6242 توليدشده به دو روش افزايشي ذوب انتخابي با ليزر و ذوب با پرتو الكتروني بررسي شد تا تأثير ريزساختار و عيوب ساختاري بر عملكرد خستگي در شرايط بارگذاري معمولي و همراه با زمان‌ماند مشخص شود. نتايج نشان داد فرآيند ليزري به دليل نرخ سردشدن بالا ساختار مارتنزيتي ريزدانه با ريزكرنش زياد و در نتيجه استحكام و داكتيليته بالاتر ايجاد مي‌كند، در حالي‌كه فرآيند پرتو الكتروني با دماي بالاتر محفظه و سردشدن كندتر، ساختار لايه‌اي α/β با بلورك‌هاي درشت‌تر و ريزكرنش كمتر به‌وجود مي‌آورد. در آزمايش‌هاي خستگي، نمونه‌هاي ليزري در بارگذاري معمولي دچار نرم‌شوندگي چرخه‌اي شديدتر شدند، در حالي‌كه نمونه‌هاي پرتو الكتروني پايداري بيشتري نشان دادند. در شرايط همراه با زمان‌ماند، هر دو روش تخريب زمان‌وابسته را تجربه كردند اما شدت نرم‌شوندگي در روش پرتو الكتروني بيشتر بود كه با پديده كروي‌شدن فاز α و تسهيل لغزش مرتبط است. بررسي سازوكارهاي تغييرشكل نشان داد در روش ليزري بازآرايي نابجايي‌ها و برش فازهاي ثانويه عامل اصلي نرم‌شوندگي است، در حالي‌كه در روش پرتو الكتروني انسداد لغزش در فصل‌مشترك‌هاي α و β موجب تأخير در آن مي‌شود. عيوب سطحي، نواحي ذوب‌نشده و تخلخل‌هاي داخلي به‌عنوان نقايص اصلي شناسايي شدند كه در ميان آن‌ها عيوب سطحي بيشترين نقش را در جوانه‌زني ترك داشتند. همچنين تخلخل‌هاي درشت‌تر و زبري سطح بيشتر در روش پرتو الكتروني حساسيت به شكست را افزايش داد. در مجموع، فرآيند ليزري با وجود استحكام و داكتيليته بالا به كنترل دقيق عيوب و عمليات پس‌فرآيندي نياز دارد، در حالي‌كه فرآيند پرتو الكتروني با ريزساختار پايدارتر ولي تخلخل و زبري بيشتر، در شرايط زمان‌ماند از مقاومت خستگي پايين‌تري برخوردار است. يافته‌هاي اين تحقيق مي‌تواند مبنايي براي بهينه‌سازي فرآيندهاي ساخت آلياژ Ti–6242 در كاربردهاي حساس به خستگي به‌ويژه در صنايع هوافضا و انرژي باشد.

1404/11/25

An investigation in to low cycle fatigue behavior of Tiـ6242 Alloy fabricated through additive manufacturing

10/14/2026 12:00:00 AM

In this study, the low-cycle fatigue behavior of Ti–6242 titanium alloy fabricated by two additive manufacturing processes, selec‎tive Laser Melting (SLM) an‎d Electron Beam Melting (EBM), was investigated to determine the influence of microstructure an‎d structural defects on fatigue performance under both conventional an‎d dwell loading conditions. The results showed that the SLM process, due to its high cooling rate, produced a fine martensitic (α′) microstructure with high microstrain, leading to higher strength an‎d ductility, whereas the EBM process, owing to its higher chamber temperature an‎d slower cooling rate, resulted in a lamellar α/β structure with coarser grains an‎d lower microstrain. Fatigue tests revealed that under conventional loading, SLM specimens exhibited more pronounced cyclic softening, while EBM specimens showed greater cyclic stability. Under dwell loading, both processes experienced time-dependent degradation; however, the softening in EBM specimens was more significant, which was attributed to the spheroidization of the α phase an‎d the facilitation of slip. The deformation mechanisms indicated that in SLM specimens, dislocation rearrangement an‎d secondary phase shearing were dominant, whereas in EBM specimens, slip blockage at α/β interfaces delayed softening. Surface defects, lack-of-fusion zones, an‎d internal pores were identified as the main imperfections, among which surface defects played the most critical role in crack initiation. Moreover, larger pores an‎d higher surface roughness in EBM specimens increased their susceptibility to surface failure. Overall, while the SLM process provided higher strength an‎d ductility, it required precise control of surface defects an‎d appropriate post-processing; in contrast, the EBM process, despite its more stable microstructure an‎d better cyclic stability under conventional loading, exhibited lower fatigue resistance under dwell conditions due to higher porosity, surface roughness, an‎d α-phase spheroidization. These findings provide valuable insights into the relationship between microstructure, defects, an‎d fatigue behavior of Ti–6242 alloy, offering a basis for optimizing manufacturing an‎d post-processing conditions in fatigue-critical aerospace an‎d energy applications.

ساخت افزايشي , خستگي , خستگي همراه با زمان ماند , آلياژ Ti-6242 , نرم شوندگي چرخه اي , ريزساختار

Additive Manufacturing , Fatigue , Dwell Fatigue , Ti–6242 Alloy , Cyclic Softening , Microstructure

Narges Akhavan

Dr. Hamidreza Abedi