A review on the fatigue behavior of Ti-6Al-4V fabricated by electron beam melting additive manufacturing

材料科学 疲劳极限 微观结构 热等静压 钛合金 层状结构 表面粗糙度 机械加工 表面光洁度 冶金 航空航天 复合材料 合金 工程类 航空航天工程
作者
Andrew H. Chern,Peeyush Nandwana,Tao Yuan,Michael M. Kirka,Ryan Dehoff,Peter K. Liaw,Chad Duty
出处
期刊:International Journal of Fatigue [Elsevier BV]
卷期号:119: 173-184 被引量:183
标识
DOI:10.1016/j.ijfatigue.2018.09.022
摘要

Electron beam melting (EBM) is a rapidly-developing metal additive manufacturing process that holds significant interest in the aerospace and biomedical industries for the high-strength titanium alloy, Ti-6Al-4V. These industries have fatigue-limited applications, but a lack of understanding of the EBM process-microstructure-fatigue relationships limit widespread use and presents challenges for certification. In this review, uniaxial fatigue data was collected and the effects of build orientation, surface roughness, and hot-isostatic pressing are linked to the fatigue properties highlighting microstructure, defects, and failure mechanisms. The observations and conclusions are supported by statistical analysis using the mean fatigue life obtained by the Statistical Fatigue-Limit Model. Both EBM-process and post-process structure relationships are discussed in order to identify the best-practice for fatigue-resistant design. The performance of the EBM material is compared to conventionally manufactured Ti-6Al-4V and possible methods to increase the fatigue resistance are discussed. Anisotropic fatigue behavior was observed in as-fabricated parts and no statistical distinction was found in the fatigue performance of HIPed and as-fabricated material provided the same as-fabricated rough surface condition. However, comparable fatigue life to traditionally manufactured lamellar Ti-6Al-4V is achieved when both post-process HIP and machining are applied to EBM-fabricated parts.
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