[发明专利]基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金技术领域，具体涉及一种基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法以及一种锻件与基于增材制造的钛合金件关系的分析方法。

背景技术

3D打印钛合金材料的静强度总体上优于锻件，但其显微组织与传统工艺材料(如锻件)有很大不同，呈现晶粒定向生长的趋势，宏观材料端面存在棱台状形貌，晶粒粗大且晶界不规则，严重影响3D打印钛合金的疲劳性能。

现有技术无法将晶粒大小与疲劳强度联系起来。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法来克服或至少减轻现有技术中的至少一个上述问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法，所述基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法包括如下步骤：步骤1：制造多组晶粒尺寸不同的增材钛合金,从而形成多组待测钛合金组，其中，每组待测钛合金组中包括多个增材钛合金晶粒尺寸相同的待测钛合金件；步骤2：测量各组待测钛合金组中的每个待测钛合金件的晶粒尺寸；步骤3：为每组待测钛合金组中的每个待测钛合金件进行轴向等幅循环疲劳试验，从而得到每组待测钛合金组的应力寿命曲线；步骤4：通过应力寿命曲线，求出预定循环周次所对应的各个待测钛合金组中的待测钛合金件的疲劳强度σ_Ri；步骤5：以所述步骤2中的每组待测钛合金组的晶粒尺寸为横坐标，以所述步骤4中的轴向等幅循环疲劳试验中的预定循环周次时的疲劳强度σ_Ri为纵坐标，从而形成一个坐标系，并在该坐标系上标出每组待测钛合金组所对应的横坐标以及纵坐标的位置，并通过拟合的方式拟合出一条曲线，该曲线为增材制造钛合金晶粒尺寸与疲劳强度的关系曲线。

优选地，所述步骤1中的制造多组晶粒尺寸不同的增材钛合金方式为：通过改变制造时的激光功率和/或切片层厚度和/或送粉速度和/或扫描速度来制造。

优选地，所述步骤1中的每组待测钛合金组中包括25个待测钛合金件。

优选地，所述步骤2中通过扫描电镜进行晶粒尺寸的测量。

优选地，所述步骤3中的轴向等幅循环疲劳试验具体步骤为：将每组待测钛合金组进行再分组，从而将每组待测钛合金组分成多个待测钛合金小组，每个待测钛合金小组对应一级试验应力级，试验应力级的级数与每组待测钛合金组所分成的待测钛合金小组的数量相同；分别为每个待测钛合金小组施加相对应试验应力级的应力，并记录每个待测钛合金件断裂的循环周次以及断口位置和特征；利用扫描电镜检测测钛合金件的疲劳源以及裂纹扩展特性；根据所获得的每级试验应力级下待测钛合金件断裂的循环周次，拟合出所述应力寿命曲线。

优选地，所述试验应力级分为五级，分别为：以σ₁＝750MPa作为第一级试验应力级，之后逐级下降75MPa，第五级应力水平为σ₅＝450MPa。

优选地，所述步骤5中的预定循环周次为2×10⁶周次。

本发明还提供了一种锻件与基于增材制造的钛合金件关系的分析方法，所述锻件与基于增材制造的钛合金件关系的分析方法包括如下步骤：步骤1：利用如上所述的基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法，从而获得增材制造钛合金晶粒尺寸与疲劳强度的关系曲线；步骤2：制造与所述步骤1中的增材钛合金相同尺寸的待测锻件；步骤3：利用如上所述的基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法中所述步骤3的轴向等幅循环疲劳试验获得所述待测锻件在预定循环周次时的疲劳强度σ_Ri；步骤4：在所述步骤1中所得到的增材制造钛合金晶粒尺寸与疲劳强度的关系曲线中找到所述步骤3中的待测锻件的疲劳强度σ_Ri，并查找出该疲劳强度σ_Ri所对应的待测钛合金件的晶粒尺寸大小。

本发明的基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法通过增材制造方法制造出不同晶粒尺寸的增材钛合金，并分别开展疲劳试验测定疲劳强度，分析建立显微组织尺寸与疲劳强度之间的关系，获得增材制造钛合金晶粒尺寸与疲劳强度的关系曲线。可以利用曲线根据增材制造钛合金材料的晶粒尺寸，获得其疲劳强度，上解决了增材制造材料疲劳性能数据匮乏难于设计使用的问题。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的增材制造钛合金晶粒尺寸与疲劳强度的关系曲线。