预制裂纹缺陷、内置裂纹缺陷的制备方法及预制件技术

本发明专利技术的目的在于提供一种预制裂纹缺陷的制备方法、内置裂纹缺陷的制备方法及其预制件。其中，预制裂纹缺陷的制备方法包括设定缺陷区；设定所述缺陷区中的裂纹缺陷的体积占比；根据所述裂纹缺陷的体积占比调节球形粉末占比、空心粉末占比以及缺陷制备工艺参数；基于激光熔化沉积工艺，采用缺陷制备粉末以及缺陷制备工艺参数逐层打印缺陷区；其中，缺陷制备粉末的粒度在45μm至150μm之间，其中的球形粉末占比≥93%，空心粉末占比<0.5%；缺陷制备工艺参数包括：激光功率450W‑550W、扫描速率600mm/min‑1200mm/min、送粉速率4g/min‑12g/min、光斑直径1mm‑1.2mm、扫描间距0.5mm‑0.8mm、层厚0.08mm‑0.2mm。

Preparation method and prefabrication parts of prefabrication crack defects and built-in crack defects

【技术实现步骤摘要】
预制裂纹缺陷、内置裂纹缺陷的制备方法及预制件
本专利技术涉及增材制造领域，尤其涉及一种预制裂纹缺陷的制备方法、内置裂纹缺陷的制备方法及其预制件。
技术介绍
增材制造（AdditiveManufacturing，AM）技术俗称3D打印（ThreeDimensionPrinting）技术，目前金属增材制造技术逐渐成熟，已广泛应用于航空航天、医疗、汽车、核电等领域。其中，基于同步送粉的激光熔化沉积（LaserMeltingDeposition,LMD）技术是常见的一种增材制造技术，该技术通过载粉气输送汇聚球形粉末，使用高能激光束将同步输送汇聚的金属粉末熔化，形成移动的非稳态金属熔池，在高温度梯度下小熔池快速凝固，逐层熔化堆积，最终形成实体零件，一般适用于航空航天国防装备大型复杂金属结构件低成本、短周期的快速成形，或高附加值零部件的快速修复，如航空发动机安装节系统、后节平台、整体叶盘、涡轮叶片等零件。同步送粉的激光熔化沉积金属成形/修复过程涉及温度场、应力场等多场耦合，是一个复杂的非平衡态凝固的过程，不稳定性因素多，不可避免的会产生不同类型和尺寸的缺陷，常见的有气孔、裂纹、熔合不良等。增材制造件由于组织和性能具有各向异性的特点，不同于传统的铸造、锻造、焊接等制件，产生的缺陷亦有所差异，现有缺陷检测和评价方法基本不适用于增材制造制件。因此，制备具有缺陷的增材制造标块、缺陷试样或缺陷零件，不仅能为准确地进行缺陷的无损检测做准备，同时能对增材制造中产生的缺陷精确地进行定性和定量研究，精确模拟不同类型或尺寸的缺陷对金属增材制造成形/修复件力学性能的影响，进一步研究和验证缺陷对增材制造零件可靠性的影响，对航空航天等领域增材制造零件的应用具有重大的意义。裂纹缺陷是材料由于原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙。一般构件表面的裂纹缺陷容易检测和观察，而构件内部的裂纹缺陷，由于裂纹尖端具有应力集中效应，裂纹的出现和扩展，会使材料的机械性能明显变差，严重影响构件的使用寿命。对于制备内置裂纹缺陷金属制件，目前主要有三种方法，一种是利用疲劳试验机进行疲劳试验，制造出具有一定尺寸的裂纹缺陷；第二种方法是用等离子体或其他高能束切割出裂纹，然后再焊合；第三种是利用激光选区熔化(SLM)3D打印直接设计裂纹缺陷轮廓尺寸，直接成形内部具有裂纹缺陷特征的制件。前两种方法制备的裂纹缺陷试样已经对制件的组织、性能等进行了不同程度的破坏，第三种方法制备的裂纹缺陷不仅破坏了组织的连续性，若宽度大的裂纹易将几十微米直径的粉末留存在裂纹缝隙内，若宽度较小的裂纹易被边界轮廓熔化的金属填充，无法成形裂纹。以上三种方法均不能准确模拟制件凝固过程中产生裂纹缺陷的特征，不能准确表征裂纹缺陷处组织结构特点，不能准确有效地评价缺陷与力学性能的影响关系。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种预制裂纹缺陷的制备方法，能够准确有效地控制预制件中裂纹出现的位置以及占比。本专利技术的另一个目的在于提供一种内置裂纹缺陷的预制件的制备方法，能够准确有效地评价处于预制件内部的裂纹缺陷与力学性能的影响关系。本专利技术的又一个目的在于提供一种内置裂纹缺陷的预制件，由前述制备方法制成。本专利技术的又一个目的在于提供一种内置裂纹缺陷的零件修复件的制备方法，能够准确有效地评价处于零件修复件内部的裂纹缺陷与力学性能的影响关系。为实现前述一个目的的预制裂纹缺陷的制备方法，包括：设定缺陷区；设定所述缺陷区中的裂纹缺陷的体积占比；根据所述裂纹缺陷的体积占比调节球形粉末占比、空心粉末占比以及缺陷制备工艺参数；基于激光熔化沉积工艺，采用缺陷制备粉末以及缺陷制备工艺参数逐层打印所述缺陷区；其中，所述缺陷制备粉末的粒度在45μm至150μm之间，其中的球形粉末占比≥93%，空心粉末占比<0.5%；所述缺陷制备工艺参数包括：激光功率450W-550W、扫描速率600mm/min-1200mm/min、送粉速率4g/min-12g/min、光斑直径1mm-1.2mm、扫描间距0.5mm-0.8mm、层厚0.08mm-0.2mm。在一个或多个实施方式中，控制裂纹缺陷的制备方法包括：通过调整所述激光功率P和扫描速率v之间的比值来控制所述缺陷区中的裂纹缺陷的体积占比；其中，P/v的比值越小，所述缺陷区中的裂纹缺陷的体积占比越大。为实现前述另一目的的内置裂纹缺陷的预制件的制备方法，用于激光熔化沉积工艺，包括：获取所述预制件的三维模型；划分所述三维模型为至少一个缺陷区以及成形区，所述缺陷区位于所述三维模型内部；预设所述裂纹的体积在所述缺陷区的体积中的占比大小；根据所述裂纹缺陷的体积占比调节球形粉末占比、空心粉末占比以及缺陷制备工艺参数；逐层打印所述预制件，其中，针对所述缺陷区对应的层，采用缺陷制备粉末以及缺陷制备工艺参数打印；其中，所述缺陷制备粉末的粒度在45μm至150μm之间，其中的球形粉末占比≥93%，空心粉末占比<0.5%；所述缺陷制备工艺参数包括：激光功率450W-550W、扫描速率600mm/min-1200mm/min、送粉速率4g/min-12g/min、光斑直径1mm-1.2mm、扫描间距0.5mm-0.8mm、层厚0.08mm-0.2mm。在一个或多个实施方式中，划分所述三维模型为多个缺陷区以及成形区，其中，针对每个所述缺陷区分别设定所述球形粉末占比、所述空心粉末占比以及所述缺陷制备工艺参数。在一个或多个实施方式中，内置裂纹缺陷的预制件的制备方法包括：通过调整所述激光功率P和扫描速率v之间的比值来控制所述缺陷区中的裂纹缺陷的体积占比；其中，P/v的比值越小，所述缺陷区中的裂纹缺陷的体积占比越大。在一个或多个实施方式中，内置裂纹缺陷的预制件的制备方法还包括：对所述三维模型的所述缺陷区以及所述成形区进行模型处理，包括：余量添加处理；分层切片处理；以及，路径规划处理。在一个或多个实施方式中，内置裂纹缺陷的预制件的制备方法还包括：对打印完成的所述预制件进行热处理；将打印完成的所述预制件与打印基板分割；以及，对打印完成的所述预制件进行表面处理。为实现前述又一目的的内置裂纹缺陷的预制件，其是由如前述所述的制备方法制成。为实现前述又一目的内置裂纹缺陷的零件修复件的制备方法，用于激光熔化沉积工艺，所述零件修复件包括零件本体以及零件修复区，所述零件修复区用于修复所述零件本体中的缺陷或损伤，所述制备方法包括：分别获取所述零件本体以及所述零件修复区的三维模型；获得所述零件本体；划分所述零件修复区的三维模型为至少一个缺陷区以及成形区，所述缺陷区在零件修复后位于所述零件修复件内部；预设所述裂纹的体积在所述缺陷区的体积中的占比大小；根据所述裂纹缺陷的体积占比调节球形粉末占比、空心粉末占比以及缺陷制备工艺参数；在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预制裂纹缺陷的制备方法，其特征在于，包括：/n设定缺陷区；/n设定所述缺陷区中的裂纹缺陷的体积占比；/n根据所述裂纹缺陷的体积占比调节球形粉末占比、空心粉末占比以及缺陷制备工艺参数；/n基于激光熔化沉积工艺，采用缺陷制备粉末以及所述缺陷制备工艺参数逐层打印所述缺陷区；/n其中，所述缺陷制备粉末的粒度在45μm至150μm之间，其中的球形粉末占比≥93%，空心粉末占比<0.5%；/n所述缺陷制备工艺参数包括：激光功率450W-550W、扫描速率600mm/min-1200mm/min、送粉速率4g/min-12g/min、光斑直径1mm-1.2mm、扫描间距0.5mm-0.8mm、层厚0.08mm-0.2mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种预制裂纹缺陷的制备方法，其特征在于，包括：
设定缺陷区；
设定所述缺陷区中的裂纹缺陷的体积占比；
根据所述裂纹缺陷的体积占比调节球形粉末占比、空心粉末占比以及缺陷制备工艺参数；
基于激光熔化沉积工艺，采用缺陷制备粉末以及所述缺陷制备工艺参数逐层打印所述缺陷区；
其中，所述缺陷制备粉末的粒度在45μm至150μm之间，其中的球形粉末占比≥93%，空心粉末占比<0.5%；
所述缺陷制备工艺参数包括：激光功率450W-550W、扫描速率600mm/min-1200mm/min、送粉速率4g/min-12g/min、光斑直径1mm-1.2mm、扫描间距0.5mm-0.8mm、层厚0.08mm-0.2mm。


2.如权利要求1所述的预制裂纹缺陷的制备方法，其特征在于，
通过调整所述激光功率P和扫描速率v之间的比值来控制所述缺陷区中的裂纹缺陷的体积占比；
其中，P/v的比值越小，所述缺陷区中的裂纹缺陷的体积占比越大。


3.一种内置裂纹缺陷的预制件的制备方法，用于激光熔化沉积工艺，其特征在于，包括：
获取所述预制件的三维模型；
划分所述三维模型为至少一个缺陷区以及成形区，所述缺陷区位于所述三维模型内部；
预设所述裂纹的体积在所述缺陷区的体积中的占比大小；
根据所述裂纹缺陷的体积占比调节球形粉末占比、空心粉末占比以及缺陷制备工艺参数；
逐层打印所述预制件，其中，针对所述缺陷区对应的层，采用缺陷制备粉末以及缺陷制备工艺参数打印；
其中，所述缺陷制备粉末的粒度在45μm至150μm之间，其中的球形粉末占比≥93%，空心粉末占比<0.5%；
所述缺陷制备工艺参数包括：激光功率450W-550W、扫描速率600mm/min-1200mm/min、送粉速率4g/min-12g/min、光斑直径1mm-1.2mm、扫描间距0.5mm-0.8mm、层厚0.08mm-0.2mm。


4.如权利要求3所述的内置裂纹缺陷的预制件的制备方法，其特征在于，划分所述三维模型为多个缺陷区以及成形区，其中，针对每个所述缺陷区分别设定所述球形粉末占比、所述空心粉末占比以及所述缺陷制备工艺参数。


5.如权利要求3所述的内置裂纹缺陷的预制件的制备方法，其特征在于，
通过调整所述激光功率P和扫描速率v之间的比值来控制所述缺陷区中的裂纹缺陷的体积占比；
其中，P/v的比值越小，所述缺陷区中的裂纹缺陷的体积占比越大。


6.如权利要求3所述的内置裂纹缺陷的预制件的制备方法，其特征在于，还包括：
对所述三维模型的所述缺陷区以及所述成形区进行模型处理，包括：
余...

【专利技术属性】
技术研发人员：付俊，雷力明，李雅莉，周新民，付鑫，
申请(专利权)人：中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司，中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31