基于增材制造的鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度關(guān)系分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鈦合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于增材制造的鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度關(guān)系分析方法以及一種鍛件與基于增材制造的鈦合金件關(guān)系的分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印鈦合金材料的靜強度總體上優(yōu)于鍛件，但其顯微組織與傳統(tǒng)工藝材料(如鍛件)有很大不同，呈現(xiàn)晶粒定向生長的趨勢，宏觀材料端面存在棱臺狀形貌，晶粒粗大且晶界不規(guī)則，嚴(yán)重影響3D打印鈦合金的疲勞性能。
[0003 ]現(xiàn)有技術(shù)無法將晶粒大小與疲勞強度聯(lián)系起來。
[0004]因此，希望有一種技術(shù)方案來克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的至少一個上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于增材制造的鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度關(guān)系分析方法來克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個上述問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于增材制造的鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度關(guān)系分析方法，所述基于增材制造的鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度關(guān)系分析方法包括如下步驟:步驟1:制造多組晶粒尺寸不同的增材鈦合金，從而形成多組待測鈦合金組，其中，每組待測鈦合金組中包括多個增材鈦合金晶粒尺寸相同的待測鈦合金件;步驟2:測量各組待測鈦合金組中的每個待測鈦合金件的晶粒尺寸;步驟3:為每組待測鈦合金組中的每個待測鈦合金件進行軸向等幅循環(huán)疲勞試驗，從而得到每組待測鈦合金組的應(yīng)力壽命曲線；步驟4:通過應(yīng)力壽命曲線，求出預(yù)定循環(huán)周次所對應(yīng)的各個待測鈦合金組中的待測鈦合金件的疲勞強度oRl;步驟5:以所述步驟2中的每組待測鈦合金組的晶粒尺寸為橫坐標(biāo)，以所述步驟4中的軸向等幅循環(huán)疲勞試驗中的預(yù)定循環(huán)周次時的疲勞強度oRl為縱坐標(biāo)，從而形成一個坐標(biāo)系，并在該坐標(biāo)系上標(biāo)出每組待測鈦合金組所對應(yīng)的橫坐標(biāo)以及縱坐標(biāo)的位置，并通過擬合的方式擬合出一條曲線，該曲線為增材制造鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度的關(guān)系曲線。
[0007]優(yōu)選地，所述步驟I中的制造多組晶粒尺寸不同的增材鈦合金方式為:通過改變制造時的激光功率和/或切片層厚度和/或送粉速度和/或掃描速度來制造。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟I中的每組待測鈦合金組中包括25個待測鈦合金件。
[0009]優(yōu)選地，所述步驟2中通過掃描電鏡進行晶粒尺寸的測量。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟3中的軸向等幅循環(huán)疲勞試驗具體步驟為:將每組待測鈦合金組進行再分組，從而將每組待測鈦合金組分成多個待測鈦合金小組，每個待測鈦合金小組對應(yīng)一級試驗應(yīng)力級，試驗應(yīng)力級的級數(shù)與每組待測鈦合金組所分成的待測鈦合金小組的數(shù)量相同；分別為每個待測鈦合金小組施加相對應(yīng)試驗應(yīng)力級的應(yīng)力，并記錄每個待測鈦合金件斷裂的循環(huán)周次以及斷口位置和特征;利用掃描電鏡檢測測鈦合金件的疲勞源以及裂紋擴展特性;根據(jù)所獲得的每級試驗應(yīng)力級下待測鈦合金件斷裂的循環(huán)周次，擬合出所述應(yīng)力壽命曲線。[0011 ]優(yōu)選地，所述試驗應(yīng)力級分為五級，分別為:以0! = 750MPa作為第一級試驗應(yīng)力級，之后逐級下降75MPa，第五級應(yīng)力水平為o5 = 450MPa。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟5中的預(yù)定循環(huán)周次為2X16周次。
[0013]本發(fā)明還提供了一種鍛件與基于增材制造的鈦合金件關(guān)系的分析方法，所述鍛件與基于增材制造的鈦合金件關(guān)系的分析方法包括如下步驟:步驟1:利用如上所述的基于增材制造的鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度關(guān)系分析方法，從而獲得增材制造鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度的關(guān)系曲線;步驟2:制造與所述步驟I中的增材鈦合金相同尺寸的待測鍛件;步驟3:利用如上所述的基于增材制造的鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度關(guān)系分析方法中所述步驟3的軸向等幅循環(huán)疲勞試驗獲得所述待測鍛件在預(yù)定循環(huán)周次時的疲勞強度OR1 ;步驟4:在所述步驟I中所得到的增材制造鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度的關(guān)系曲線中找到所述步驟3中的待測鍛件的疲勞強度OR1，并查找出該疲勞強度OR1所對應(yīng)的待測鈦合金件的晶粒尺寸大小。
[0014]本發(fā)明的基于增材制造的鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度關(guān)系分析方法通過增材制造方法制造出不同晶粒尺寸的增材鈦合金，并分別開展疲勞試驗測定疲勞強度，分析建立顯微組織尺寸與疲勞強度之間的關(guān)系，獲得增材制造鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度的關(guān)系曲線?？梢岳们€根據(jù)增材制造鈦合金材料的晶粒尺寸，獲得其疲勞強度，上解決了增材制造材料疲勞性能數(shù)據(jù)匱乏難于設(shè)計使用的問題。
【附圖說明】
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的增材制造鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度的關(guān)系曲線。
[0016]圖2是圖1所示實施例中的應(yīng)力壽命曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本發(fā)明實施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。
[0018]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的增材制造鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度的關(guān)系曲線。圖2是圖1所示實施例中的應(yīng)力壽命曲線示意圖。
[0020]如圖1及圖2所示的基于增材制造的鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度關(guān)系分析方法包括如下步驟:步驟1:制造多組晶粒尺寸不同的增材鈦合金，從而形成多組待測鈦合金組，其中，每組待測鈦合金組中包括多個增材鈦合金晶粒尺寸相同的待測鈦合金件;步驟2:測量各組待測鈦合金組中的每個待測鈦合金件的晶粒尺寸;步驟3:為每組待測鈦合金組中的每個待測鈦合金件進行軸向等幅循環(huán)疲勞試驗，從而得到每組待測鈦合金組的應(yīng)力壽命曲線(圖1);步驟4:通過應(yīng)力壽命曲線，求出預(yù)定循環(huán)周次所對應(yīng)的各個待測鈦合金組中的待測鈦合金件的疲勞強度oRl;步驟5:以所述步驟2中的每組待測鈦合金組的晶粒尺寸為橫坐標(biāo)，以所述步驟4中的軸向等幅循環(huán)疲勞試驗中的預(yù)定循環(huán)周次時的疲勞強度OR1為縱坐標(biāo)，從而形成一個坐標(biāo)系，并在該坐標(biāo)系上標(biāo)出每組待測鈦合金組所對應(yīng)的橫坐標(biāo)以及縱坐標(biāo)的位置，并通過擬合的方式擬合出一條曲線，該曲線為增材制造鈦合金晶粒尺寸與疲勞強度的關(guān)系曲線。
[0021]在本實施例中，所述步驟I中的制造多組晶粒尺寸不同的增材鈦合金方式為:通過改變制造時的激光功率和/或切片層厚度和/或送粉速度和/或掃描速度來制造?？梢岳斫獾氖?，上述的這些參數(shù)(激光功率、切片層厚度、送粉速度以及掃描速度)這改變其中的一項即可以改變晶粒尺寸。因此，可以根據(jù)需要而自行改變其中的一項或者幾項。
[0022]有利的是，為了是防止各項參數(shù)之間的干擾，本實施例中選擇將其中三項參數(shù)均保持不變，只改變其中一項的方式進行試驗。
[0023]在本實施例中，所述步驟I中的每組待測鈦合金組中包括25個待測鈦合金件。可以理解的是，該數(shù)量可以根據(jù)需要而自行設(shè)定。例如，30個、40個或者更多。
[0024]在本實施例中，所述步驟2中通過掃描電鏡進行晶粒尺寸的測量。
[0025]在本實施例中，所述步驟3中的軸向等幅循環(huán)疲勞試驗具體步驟為:將每組待測鈦合金組進行再分組，從而將每組待測鈦合金組分成多個待測鈦合金小組，每個待測鈦合金小組對應(yīng)一級試驗應(yīng)力級，試驗應(yīng)力級的級數(shù)與每組待測鈦合金組所分成的待測鈦合金小組的數(shù)量相同；分別為每個待測鈦合金小組施加相