一种组织及应力双梯度金属构件的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种组织及应力双梯度金属构件的制备方法，包括：获取微观组织与增材制造工艺参数的映射关系式；依据映射关系式，对具有梯度组织的金属构件进行增材制造；对具有梯度组织的金属构件进行内应力去除，获得零应力梯度微观组织金属构件；利用激光冲击在零应力梯度微观组织金属构件的表层引入残余压应力，获得组织及应力双梯度金属构件。该组织及应力双梯度金属构件的制备方法的目的是解决现有梯度金属材料的强度、表面抗疲劳及耐磨损综合性能相对较差的问题。性能相对较差的问题。性能相对较差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种组织及应力双梯度金属构件的制备方法


[0001]本专利技术涉及梯度材料制备
，具体涉及一种组织及应力双梯度金属构件的制备方法。

技术介绍

[0002]梯度材料是指内部具有均匀或非均匀变化组分，不同区域表现出差异化性能，满足特殊使用要求的新型材料。就梯度金属材料而言，常见的梯度金属材料包括具有梯度微观组织的金属材料和具有梯度应力结构的金属材料。梯度微观组织能够实现材料强度和韧性的双高，特别是由表层细晶向内部粗晶梯度过渡的结构，可由表层细晶提供优异的塑性、并由芯部粗晶提供良好的强度。梯度应力则能够实现材料表面性能的提升，特别是表层压应力向芯部拉应力梯度过渡的结构，可由表层压应力中和部分服役外载荷，延缓材料表面破损发生的时间，获得疲劳、磨损等性能的提升。
[0003]专利CN113510248B公开了一种通过调整搭接距离、送粉速率、激光光斑大小、熔池搭接率、激光功率等工艺参数，制备得到了梯度组织的钛合金整体叶盘的专利，但其不具备梯度应力分布。专利CN104588650B公开了一种基于三维异质铺粉的功能梯度零件增材制造方法，实现了零件内每一点的材料组分的精确控制，但其也不具备梯度应力分布。专利CN106825574B则公开了一种金属梯度材料激光冲击锻打复合增材制造方法，其采用激光冲击主要目的是避免或减少气孔、未融合和缩松等缺陷。
[0004]因此，专利技术人提供了一种组织及应力双梯度金属构件的制备方法。

技术实现思路

[0005](1)要解决的技术问题
[0006]本专利技术实施例提供了一种组织及应力双梯度金属构件的制备方法，解决了现有梯度金属材料的强度、表面抗疲劳及耐磨损综合性能相对较差的技术问题。
[0007](2)技术方案
[0008]本专利技术提供了一种组织及应力双梯度金属构件的制备方法，包括以下步骤：
[0009]获取微观组织与增材制造工艺参数的映射关系式；
[0010]依据所述映射关系式，对具有梯度组织的金属构件进行增材制造；
[0011]对所述具有梯度组织的金属构件进行内应力去除，获得零应力梯度微观组织金属构件；
[0012]利用激光冲击在所述零应力梯度微观组织金属构件的表层引入残余压应力，获得组织及应力双梯度金属构件。
[0013]进一步地，所述获取微观组织与增材制造工艺参数的映射关系式，具体包括如下步骤：
[0014]计算待加工试块的累计输入能量，并采用金相法测定所述待加工试块的平均晶粒尺寸；
[0015]利用所述平均晶粒尺寸、所述累计输入能量分别对微观组织、增材制造工艺参数进行参量化表示，获取第一参量式、第二参量式；
[0016]依据所述第一参量式及所述第二参量式，获取所述平均晶粒尺寸与所述累计输入能量之间的映射关系式。
[0017]进一步地，所述计算待加工试块的累计输入能量，具体包括如下步骤：
[0018]以设定激光功率制备所述待加工试块，并记录加工时间；
[0019]依据所述设定功率及所述加工时间，计算所述累计输入能量。
[0020]进一步地，所述依据所述第一参量式及所述第二参量式，获取所述平均晶粒尺寸与所述累计输入能量之间的映射关系式，具体包括如下步骤：
[0021]通过最小二乘法及非线性函数拟合获得所述平均晶粒尺寸与所述累计输入能量之间的映射关系；
[0022]依据所述映射关系，获得所述平均晶粒尺寸与所述增材制造工艺参数之间的映射关系式。
[0023]进一步地，所述依据所述映射关系式，对具有梯度组织的金属构件进行增材制造，具体为：
[0024]采用累计输入能量E1制备厚度为Δh1的增材层，其对应的晶粒尺寸为d1，采用累计输入能量E2制备厚度为Δh2的增材层，其对应的晶粒尺寸为d2，采用累计输入能量E3制备厚度为Δh3的增材层，其对应的晶粒尺寸为d3，以此类推，获得具有均匀梯度组织的金属增材构件。
[0025]进一步地，所述依据所述映射关系式，对具有梯度组织的金属构件进行增材制造，具体为：
[0026]采用累计输入能量E1制备厚度为Δh1的增材层，其对应的晶粒尺寸为d1，采用累计输入能量E2制备厚度为Δh2的增材层，其对应的晶粒尺寸为d2，采用累计输入能量E1制备厚度为Δh1的增材层，其对应的晶粒尺寸为d1，以此类推，获得具有重复梯度组织的金属增材构件。
[0027]进一步地，所述对所述具有梯度组织的金属构件进行内应力去除，获得零应力梯度微观组织金属构件，具体为：
[0028]采用热时效和/或振动时效去除所述具有梯度组织的金属构件的内应力，获得所述零应力梯度微观组织金属构件。
[0029]进一步地，所述利用激光冲击在所述零应力梯度微观组织金属构件的表层引入残余压应力，获得组织及应力双梯度金属构件，具体为：
[0030]采用脉冲激光对所述零应力梯度微观组织金属构件进行一次或多次冲击，在其表层引入残余压应力，获得所述组织及应力双梯度金属构件。
[0031]进一步地，激光冲击处理前在所述零应力梯度微观组织金属构件的待冲击表面设置吸收层、施加去离子水约束层。
[0032]进一步地，所述获得组织及应力双梯度金属构件之后，还包括：
[0033]采用无损或有损残余应力检测方法测定残余应力随深度方向的分布。
[0034](3)有益效果
[0035]综上，本专利技术通过采用激光冲击具有梯度组织的增材制造金属构件，可减少增材
制造构件的内部缺陷，提高增材制造构件的使用安全性和可靠性，制备的金属梯度构件兼具梯度微观组织和梯度应力分布，梯度微观组织可实现强韧协同，梯度应力分布可获得表面性能的提升，两者组合拓展了金属梯度构件更广泛的应用场景。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1是本专利技术实施例提供的一种组织及应力双梯度金属构件的制备方法的流程示意图；
[0038]图2是本专利技术实施例1提供的一种组织及应力双梯度金属构件的结构示意图；
[0039]图3是本专利技术实施例2提供的一种组织及应力双梯度金属构件的结构示意图。
[0040]图中：
[0041]1‑
第一增材层；2
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第二增材层；3
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第三增材层；4
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第一待冲击表面；5
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第二待冲击表面；6
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第一表层残余压应力层；7
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第一中心芯部拉应力层；8
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第四增材层；9
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第五增材层；10
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第六增材层；11
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第七增材层；12
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第三待冲击表面；13<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组织及应力双梯度金属构件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：获取微观组织与增材制造工艺参数的映射关系式；依据所述映射关系式，对具有梯度组织的金属构件进行增材制造；对所述具有梯度组织的金属构件进行内应力去除，获得零应力梯度微观组织金属构件；利用激光冲击在所述零应力梯度微观组织金属构件的表层引入残余压应力，获得组织及应力双梯度金属构件。2.根据权利要求1所述的组织及应力双梯度金属构件的制备方法，其特征在于，所述获取微观组织与增材制造工艺参数的映射关系式，具体包括如下步骤：计算待加工试块的累计输入能量，并采用金相法测定所述待加工试块的平均晶粒尺寸；利用所述平均晶粒尺寸、所述累计输入能量分别对微观组织、增材制造工艺参数进行参量化表示，获取第一参量式、第二参量式；依据所述第一参量式及所述第二参量式，获取所述平均晶粒尺寸与所述累计输入能量之间的映射关系式。3.根据权利要求2所述的组织及应力双梯度金属构件的制备方法，其特征在于，所述计算待加工试块的累计输入能量，具体包括如下步骤：以设定激光功率制备所述待加工试块，并记录加工时间；依据所述设定功率及所述加工时间，计算所述累计输入能量。4.根据权利要求2所述的组织及应力双梯度金属构件的制备方法，其特征在于，所述依据所述第一参量式及所述第二参量式，获取所述平均晶粒尺寸与所述累计输入能量之间的映射关系式，具体包括如下步骤：通过最小二乘法及非线性函数拟合获得所述平均晶粒尺寸与所述累计输入能量之间的映射关系；依据所述映射关系，获得所述平均晶粒尺寸与所述增材制造工艺参数之间的映射关系式。5.根据权利要求1所述的组织及应力双梯度金属构件的制备方法，其特征在于，所述依据所述映射关系式，对具有梯度组织的金属构件进行增材制造，具体为：采用累计输入能量E1制备厚度为Δh1的增材层，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙汝剑，曹子文，车志刚，邹世坤，吴俊峰，薛晴江，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：