Overload-induced anisotropy of fatigue crack growth in laser deposited Ti-6Al-4V alloy

材料科学 巴黎法 合金 各向异性 激光器 钛合金 冶金 复合材料 裂缝闭合 光学 断裂力学 物理
作者
Yan He,Kangbo Yuan,Yanping Li,Sihan Zhao,Dongwu Li,Weiguo Guo
出处
期刊:Journal of materials research and technology [Elsevier]
标识
DOI:10.1016/j.jmrt.2024.05.027
摘要

Considering the anisotropy of microstructure of additive manufactured metal materials, quantitative assessment of the anisotropy of fatigue crack growth (FCG) behavior is necessary for structural damage tolerance design and evaluation. This study conducted an experimental and mechanistic investigation of the FCG behavior of the laser metal deposited (LMD) Ti-6Al-4V alloy, focusing on the anisotropy of FCG and the effect of overload on FCG. Both the FCG experiments with constant amplitude loading (CAL) and with a single overload (OL) were performed in different directions. Under CAL, the FCG rate exhibits a bilinear correlation with the stress intensity factor. Before the transition point (ΔKT=16.9 MPa√m), since the grain boundaries are sparser along the columnar crystal growth direction, the FCG rate in the XY specimen is higher than that in the other directions. When the FCG rate further increases, the hindrance effect of grain boundaries on FCG weakens, and the anisotropy of FCG rates disappears. An interesting new finding is that when an overload is applied after ΔKT, the FCG rates in the XZ and ZX directions become different, and the overload-induced anisotropy increases with the overload ratio (OLR). The difference in FCG rates between the two directions exceeds 23.2% when OLR is 2.5. Based on microscopic and theoretical analysis, it was demonstrated that the overload induces residual strain in front of the crack-tip and enhances FCG resistance. The FCG resistance is positively related to the size of the plastic zone and negatively related to the yield strength in the loading direction.
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