【摘 要】
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近年来,增材制造技术越来越受到各国政府、制造商和科研人员的重视,因为其独特的成形方法可以在不需要模具等额外工具的情况下通过层层堆积的方式制造出复杂结构的构件,在结构减重和结构一体化方面有着明显优势。激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）成形合金细化的晶粒组织使其拥有优异的拉伸性能,但由于存在孔隙等缺陷,SLM合金的疲劳性能较差。对缺陷的三维特征进行表征分析并研究缺陷
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近年来,增材制造技术越来越受到各国政府、制造商和科研人员的重视,因为其独特的成形方法可以在不需要模具等额外工具的情况下通过层层堆积的方式制造出复杂结构的构件,在结构减重和结构一体化方面有着明显优势。激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）成形合金细化的晶粒组织使其拥有优异的拉伸性能,但由于存在孔隙等缺陷,SLM合金的疲劳性能较差。对缺陷的三维特征进行表征分析并研究缺陷对疲劳性能的影响,对改善SLM合金的疲劳性能有着重要意义。本文以SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金为研究对象,开展微观组织观察、孔隙缺陷三维特征表征、基础力学性能测试、疲劳试验测试及疲劳断口分析等工作,重点研究了 SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的孔隙缺陷特征及缺陷特征对疲劳性能的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和透射电子显微镜（TEM）等微观组织表征方法,对SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的微观组织进行了表征。SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的微观组织由鱼鳞状熔池组成,熔池内部为粗大柱状晶组成的粗晶区,熔池边界为亚微米等轴晶组成的细晶区。合金的晶粒尺寸整体较小,细化的晶粒组织使得SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金拥有优异的拉伸性能和显微硬度。基于X射线计算机断层扫描技术（XCT）对SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的孔隙缺陷三维特征进行了表征,发现孔隙分为小尺寸的气孔和大尺寸的未熔合。合金的孔隙率在0.004%～0.102%之间,孔隙缺陷的尺寸总体较小,但存在部分较大尺寸的未熔合缺陷,孔隙缺陷等效直径的最大值为189μm。孔隙缺陷的球形度在0.2～0.6之间,球形度总体偏小。对孔隙缺陷尺寸进行极值统计,发现基于疲劳断口的疲劳裂纹源缺陷特征尺寸（?）eff的最大估计值大于基于XCT的缺陷特征尺寸（?）的最大估计值。由于存在较多大尺寸未熔合缺陷,SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的疲劳性能较差。对疲劳断口形貌进行表征分析,发现导致SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金疲劳试样失效的疲劳裂纹均从试样表面或近表面缺陷处开始萌生和扩展,且当疲劳裂纹源缺陷的尺寸较大时,从缺陷处萌生的疲劳裂纹能够更快地扩展。基于Paris公式,通过对疲劳寿命数据和疲劳断口疲劳裂纹源缺陷特征尺寸（?）eff的拟合,得到了基于孔隙尺寸的疲劳寿命预测模型,计算结果与试验寿命吻合较好。
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