[发明专利]基于选区激光熔化技术的金属材料拉伸性能评价方法

说明书

本发明公开了一种基于选区激光熔化技术的金属材料拉伸性能评价方法，包括如下步骤：将待评价的材料粉末铺于基板上，利用选区激光熔化设备进行多个拉伸试样的增材制造成型；从基板上随机截取至少一个拉伸试样，计算拉伸试样的名义横截面面积；将基板和剩余的拉伸试样置于力学性能试验机上进行拉伸试验，记录每一个拉伸试样的拉力－位移曲线；以及将所记录的每一个拉伸试样的拉力‑位移曲线进行数据处理与分析，以获得该工艺条件下所对应的待评价材料力学性能的最大值、最小值以及分布规律。本发明的评价方法不仅大幅度降低了原材料粉末的成本，而且可明显缩短了试验的周期，特别适用于产品设计阶段的初期选材和增材制造的工艺评价。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种基于选区激光熔化技术的金属材料拉伸性能评价方法。

背景技术

增材制造是近三十年发展起来的一种革命性的方法，包括选区激光熔化技术、电子束熔融技术等。它不仅是一种构件成型方法也可以作为一种材料的制备方法。与传统的制造方法相比，增材制造过程中材料的加热和冷却速度较快，所得到材料的微观组织比较细致均匀。

目前，评价增材制造材料拉伸性能的方法还是利用增材制造设备打印传统形式的拉伸试样，并将拉伸试样从基板上切割下来，进行拉伸试验。这一过程需要较长的时间、较多的原料，而且在一个基板上打印试样的数量有限，无法提供足够的拉伸试验样本数量，不能全面掌握所用的工艺参数制备材料的拉伸性能，所得到的拉伸性能具有一定的偶然性。如果要扩大拉伸试验的样本数量就需要更长的周期，更多的粉末，增加了时间和成本。因此如何协调试验周期和成本与样本数量之间的矛盾是一个亟待解决的问题。

发明内容

针对前述增材制造材料的拉伸性能试验周期和成本与试验样本数之间的矛盾，本发明提出了一种基于选区激光熔化技术的金属材料拉伸性能评价方法，其通过以下技术方案实现的，具体包括以下步骤：

将待评价的材料粉末铺于基板上，利用选区激光熔化设备进行多个拉伸试样的增材制造成型；从所述基板上随机截取至少一个所述拉伸试样，计算所述拉伸试样的名义横截面面积；将所述基板和剩余的所述拉伸试样装置于力学性能试验机上进行拉伸试验，记录每一个所述拉伸试样的拉力－位移曲线；将所记录的每一个所述拉伸试样的拉力-位移曲线进行数据处理与分析，以获得该工艺条件下所对应的待评价材料力学性能的最大值、最小值以及分布规律。

进一步地，所述待评价的材料粉末在热源的作用下由点到线到面逐点熔化逐层累加，所述拉伸试样的标距部分为圆柱体，且每一层的扫描路径为其圆形横截面轮廓内唯一的三角形。标距部分的长度为选区激光熔化成型过程中铺粉层厚度的整数倍。

进一步地，所述计算拉伸试样的名义横截面面积包括如下步骤：对所截取的至少一个拉伸试样进行镶嵌、研磨、抛光、腐蚀后，利用金相显微镜对拉伸试样进行拍照测量，再计算拉伸试样的名义横截面面积。

可选地，所截取的拉伸试样为一个，所述拉伸试样的横截面面积即为名义横截面面积。所截取的拉伸试样数量多于一个，则所截取的所有拉伸试样的横截面面积的均值为名义横截面面积。

进一步地，所述基板和剩余的拉伸试样置于力学性能试验机时，所述基板被夹具固定，通过移动载物台，依次完成所述基板上每一个所述拉伸试样的拉伸试验。

优选地，所述剩余的拉伸试样至少为30个，以用于拉伸试验。

本发明中的基于选区激光熔化技术金属增材制造拉伸性能评价方法，通过将待评价的材料粉末通过选区激光熔化技术直接成型在一块金属基板上，再将所得到的多个增材制造拉伸试样置于力学性能试验机上进行拉伸性能测试。与传统的力学性能测试方法相比，该方法操作简单，使用方便，不仅大幅度降低了原材料粉末的成本，而且可明显缩短了试验周期，为评价某一工艺下材料的拉伸性能提供更多的试验样本和试验数据，可更充分掌握工艺的可重复性和离散性，特别适用于产品设计阶段的初期选材和增材制造的工艺评价。

附图说明