选区激光熔化是一种常用的增材制造工艺，具有无模具、可定制等优势，拥有良好的应用前景。但其打印过程中产生的缺陷会对其疲劳性能产生不良影响，尤其是对其超高周疲劳（即疲劳周次超过10⁷的疲劳破坏）性能影响巨大。因此对选区激光熔化合金材料超高周疲劳性能的研究有很重要的科学意义和实用价值。

本文研究了打印取向对选区激光熔化合金Ti-6Al-4V高周及超高周疲劳性能的影响。疲劳试样制备取向与加载方向的角度分别为0°，45°，90°。疲劳试验所使用的是超声疲劳试验机（加载频率为20 kHz±500 Hz）,应力比设置为-1（即正负应力幅值相等）。试验结果表明，三种不同打印取向的疲劳性能从高到低依次为0°，45°和90°。无论是高周还是超高周疲劳阶段，疲劳裂纹均萌生于内部缺陷。缺陷可以根据几何形状分为规则缺陷和不规则缺陷，90°样品具有最多的不规则缺陷。在缺陷外呈现“粗糙区 (rough area)”和 “鱼眼区 (fish eye)”形貌，粗糙区和鱼眼区被称为钛合金的超高周疲劳特征区。缺陷的应力强度因子幅值随着疲劳周次的增加而降低。

本文使用了基于正态分布的概率统计模型对S-N数据进行统计分析。该模型认为在同一载荷下，疲劳周次服从正态分布，而诱导裂纹萌生的缺陷服从极值分布。通过概率统计模型可以预测疲劳周次在10⁹时的超高周疲劳强度，超高周疲劳强度的平均值从高到低依次为217 MPa (0°)，201 MPa (45°)和155 MPa (90°)。

超高周疲劳裂纹萌生特征区消耗了百分之九十以上的疲劳寿命。因此，本文研究了特征区的尺寸特征和微结构演化。粗糙区的尺寸随着载荷的增大而逐渐减小。粗糙区的等效应力强度因子的范围在3-7 。使用聚焦离子束技术提取了裂纹源区附近的纵剖面，并使用透射电子显微镜和扫描电子显微镜对样品进行了观察。即使在高周疲劳区域，选区激光熔化Ti-6Al-4V的特征区表面也出现了尺度在100 nm左右的纳米晶且纳米晶不连续。特征区的微结构在循环载荷的作用下从原始片层组织转变为较小晶粒最终形成纳米晶。这一结果证实了“大数往复挤压”机制主导了选区激光熔化Ti-6Al-4V疲劳裂纹的萌生和早期扩展以及超高周疲劳特征区的形成。即循环载荷下，由于裂纹面千万次的挤压而导致晶粒细化。

本文利用有限元方法对缺陷附近的应力集中和裂纹扩展过程中裂纹面的接触应力进行了计算。随着缺陷与加载方向的变化，缺陷处的应力集中分布也发生变化。90°样品有着较高的集中应力和最大的应力集中范围。裂纹扩展过程中，由于裂纹闭合效应的存在，接触应力最大值出现在裂纹萌生处和裂纹尖端。此外，随着裂纹长度增加，裂纹尖端残余塑性变形增大，裂纹尖端的接触应力也随之增大。

本文的研究不仅为增材制造的广泛应用提供了数据支持，同时也扩宽了超高周疲劳的研究范围。