[發明專利]一種組織及應力雙梯度金屬構件的制備方法

在審

• 申請號: 202310019795.X
• 申請日: 2023-01-06
• 公開（公告）號: CN115815625A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 孫汝劍;曹子文;車志剛;鄒世坤;吳俊峰;薛晴江
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/62;B33Y10/00
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本發明涉及一種組織及應力雙梯度金屬構件的制備方法，包括：獲取微觀組織與增材制造工藝參數的映射關系式；依據映射關系式，對具有梯度組織的金屬構件進行增材制造；對具有梯度組織的金屬構件進行內應力去除，獲得零應力梯度微觀組織金屬構件；利用激光沖擊在零應力梯度微觀組織金屬構件的表層引入殘余壓應力，獲得組織及應力雙梯度金屬構件。該組織及應力雙梯度金屬構件的制備方法的目的是解決現有梯度金屬材料的強度、表面抗疲勞及耐磨損綜合性能相對較差的問題。

技術領域

本發明涉及梯度材料制備技術領域，具體涉及一種組織及應力雙梯度金屬構件的制備方法。

背景技術

梯度材料是指內部具有均勻或非均勻變化組分，不同區域表現出差異化性能，滿足特殊使用要求的新型材料。就梯度金屬材料而言，常見的梯度金屬材料包括具有梯度微觀組織的金屬材料和具有梯度應力結構的金屬材料。梯度微觀組織能夠實現材料強度和韌性的雙高，特別是由表層細晶向內部粗晶梯度過渡的結構，可由表層細晶提供優異的塑性、并由芯部粗晶提供良好的強度。梯度應力則能夠實現材料表面性能的提升，特別是表層壓應力向芯部拉應力梯度過渡的結構，可由表層壓應力中和部分服役外載荷，延緩材料表面破損發生的時間，獲得疲勞、磨損等性能的提升。

專利CN113510248B公開了一種通過調整搭接距離、送粉速率、激光光斑大小、熔池搭接率、激光功率等工藝參數，制備得到了梯度組織的鈦合金整體葉盤的專利，但其不具備梯度應力分布。專利CN104588650B公開了一種基于三維異質鋪粉的功能梯度零件增材制造方法，實現了零件內每一點的材料組分的精確控制，但其也不具備梯度應力分布。專利CN106825574B則公開了一種金屬梯度材料激光沖擊鍛打復合增材制造方法，其采用激光沖擊主要目的是避免或減少氣孔、未融合和縮松等缺陷。

因此，發明人提供了一種組織及應力雙梯度金屬構件的制備方法。

發明內容

(1)要解決的技術問題

本發明實施例提供了一種組織及應力雙梯度金屬構件的制備方法，解決了現有梯度金屬材料的強度、表面抗疲勞及耐磨損綜合性能相對較差的技術問題。

(2)技術方案

本發明提供了一種組織及應力雙梯度金屬構件的制備方法，包括以下步驟：

獲取微觀組織與增材制造工藝參數的映射關系式；

依據所述映射關系式，對具有梯度組織的金屬構件進行增材制造；

對所述具有梯度組織的金屬構件進行內應力去除，獲得零應力梯度微觀組織金屬構件；

利用激光沖擊在所述零應力梯度微觀組織金屬構件的表層引入殘余壓應力，獲得組織及應力雙梯度金屬構件。

進一步地，所述獲取微觀組織與增材制造工藝參數的映射關系式，具體包括如下步驟：

計算待加工試塊的累計輸入能量，并采用金相法測定所述待加工試塊的平均晶粒尺寸；

利用所述平均晶粒尺寸、所述累計輸入能量分別對微觀組織、增材制造工藝參數進行參量化表示，獲取第一參量式、第二參量式；

依據所述第一參量式及所述第二參量式，獲取所述平均晶粒尺寸與所述累計輸入能量之間的映射關系式。

進一步地，所述計算待加工試塊的累計輸入能量，具體包括如下步驟：

以設定激光功率制備所述待加工試塊，并記錄加工時間；

依據所述設定功率及所述加工時間，計算所述累計輸入能量。

進一步地，所述依據所述第一參量式及所述第二參量式，獲取所述平均晶粒尺寸與所述累計輸入能量之間的映射關系式，具體包括如下步驟：