[發明專利]一種激光選區熔化成形金屬構件拉伸性能的預測方法

有效

• 申請號: 202110421256.X
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113118458B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 郭慧;孫文海;白鳳霞;賈曉東;孫慶輝;陳新貴;胡強;張友亮
• 申請（專利權）人: 江西省科學院應用物理研究所
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/80;B22F10/38;B33Y50/00
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

一種激光選區熔化成形金屬構件拉伸性能的預測方法，步驟如下：(1)激光選區熔化金屬粉末3D打印，獲得具有不同激光功率P，掃描速度v，掃描間距t和鋪粉層厚h工藝參數的金屬構件；(2)對獲得的不同金屬構件進行拉伸性能測試，獲得其屈服強度σsubgt;y/subgt;和延伸率δ；(3)以vth/P值為橫坐標，分別以σsubgt;y/subgt;和δ為縱坐標繪制σsubgt;y/subgt;?vth/P和δ?vth/P關系圖；并通過線性擬合求得擬合曲線的斜率ksubgt;1/subgt;、ksubgt;2/subgt;和擬合曲線的截距bsubgt;1/subgt;、bsubgt;2/subgt;；(4)通過步驟擬合的曲線進一步預測金屬構件拉伸性能最大值σsubgt;y/subgt;和δ；并計算求得拉伸性能預測值。本發明方法得到的3D打印成型件均勻致密，強塑性高；本發明方法能簡單方便的實現拉伸性能的高效預測。

技術領域

本發明涉及一種激光選區熔化成形金屬構件拉伸性能的預測方法，屬3D打印技術領域。

背景技術

316L不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能和抗氧化性能，在石油管道、核電站、海洋設備等領域中具有廣泛的應用。激光選區熔化技術是金屬增材制造的主要手段之一，具有精細成形復雜結構金屬部件的優點，但是激光選區熔化成形過程中工藝參數影響內部缺陷，進而對成形件性能產生重大影響。其中拉伸性能(包括屈服強度、延伸率等)是結構材料基本性能，它不但影響了其他靜態力學性能，例如硬度、韌性等，也直接影響了材料最終使用時的服役性能。

鑒于拉伸性能的基礎重要性，一方面工程材料研發過程中拉伸性能的評估是不可或缺的，另一方面也常常以拉伸強度與塑性的綜合改善為目標。因此準確評估拉伸性能對工程材料研發與應用具有重要作用。然而目前，在拉伸性能預測3D打印金屬材料方面十分匱乏，因此建立一種拉伸性能與激光工藝參數直接的量化關系，實現拉伸性能的快速預測，成為目前3D打印領域亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是，為了建立激光工藝與拉伸性能的關系，提高激光選區熔化成型不銹鋼的強塑性，本發明提供一種激光選區熔化成形金屬構件拉伸性能的預測方法。

本發明實現的技術方案如下，一種激光選區熔化成形金屬構件拉伸性能的預測方法，所述方法步驟如下：

(1)激光選區熔化金屬粉末3D打印，獲得具有不同激光功率P，掃描速度v，掃描間距t和鋪粉層厚h工藝參數的金屬構件；

(2)對獲得的不同金屬構件進行拉伸性能測試，獲得其屈服強度σ_y和延伸率δ；

(3)利用工藝和性能數據，以vth/P值為橫坐標，分別以σ_y和δ為縱坐標繪制σ_y-vth/P和δ-vth/P關系圖；并通過線性擬合求得參數k₁，k₂，b₁和b₂，其中k₁和k₂為擬合曲線的斜率，b₁和b₂為擬合曲線的截距；

(4)通過步驟(3)擬合的曲線進一步預測金屬構件拉伸性能最大值σ_y和δ；或者將工藝參數P，v，t，h與參數值k₁，k₂，b₁和b₂直接代入以下公式：

σ_y＝k₁(vth/P)+b₁

δ＝k₂(vth/P)+b₂

經計算求得拉伸性能預測值。

所述金屬粉料為316不銹鋼，成分中質量百分比Cr為16.0-18.0％，Ni為10.0-14.0％，Mo為2.0-3.0％，Mn為2.00％，Si為1.00％，Fe余量。