一种激光选区熔化成型钛合金力学性能调控方法

本发明涉及激光选区熔化领域，尤其涉及一种激光选区熔化成型钛合金力学性能调控方法。

背景技术：

1、激光选区熔化技术属于3d打印技术中的一种，是近年来发展起来的变革性制造技术，以离散-堆积为基本原理，通过高能量的激光选择性地熔融金属粉末，通过逐层熔融堆积，最终可成型尺寸微小、结构复杂的三维零件，并且具有成型速度快、成型自由度高、可单件小批量生产等优点，因此在航空航天、医疗工业等领域的应用发展迅速。然而由于成型过程中金属粉末的熔、凝速度过快，易生成亚稳态的微观组织，导致材料的塑性、延伸率通常较低。并且由于激光对零件反复扫描加热，其温度梯度可达1.5×107～4×107k/m，因此零件常存在较高的热应力和残余应力，也会影响材料的力学性能。激光选区熔化成型的工艺参数主要为激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉层厚，如何通过优化工艺参数改善激光选区熔化成型材料的力学性能是当前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出一种激光选区熔化成型钛合金力学性能调控方法。

2、具体技术方案如下：

3、一种激光选区熔化成型钛合金力学性能调控方法，包括以下步骤：

4、s1：创建激光体能量密度的函数主体，该函数主体限定了激光体能量密度与扫描间距、铺粉层厚度、激光功率、扫描速度之间的函数关系；

5、s2：在扫描间距和铺粉层厚度固定的情况下，设置激光功率在50w～200w的范围内以设定步长阶梯取值，并根据测得的激光体能量密度计算各个激光功率对应的扫描速度；

6、s3：根据激光功率、对应的扫描速度，采用激光选区熔化技术以钛合金为材料成型拉伸试样；

7、s4：对各激光功率对应制得的拉伸试样进行拉伸试验，测试拉伸试样的力学性能，所述力学性能包括：抗拉强度、延伸率和弹性模量；

8、s5：将测得的抗拉强度、延伸率和弹性模量分别进行拟合，得到抗拉强度、延伸率、弹性模量分别与激光功率的关系式，实现对激光选区熔化成型零件的力学性能预测；对于待制备的具有特定力学性能的零件，根据所述关系式，选择相应的激光功率。

9、进一步地，所述s1中，激光体能量密度的函数主体表达式如下：

10、

11、式中，ed为激光体能量密度，单位为j/mm2；p为激光功率，单位为w；v为扫描速度，单位为mm/s；s为扫描间距，单位为μm；h为铺粉层厚，单位为μm。

12、进一步地，所述s3中，采用选区激光熔化技术以ti6al4v合金为材料成型拉伸试样，成型前使用纯度为99.999％的高纯氩气对成型仓进行洗气，保证打印过程中氧气含量不高于500ppm。

13、进一步地，所述s4中，进行拉伸试验的具体方法为：试样平行段的长度为25mm，使用标距为20mm的引伸计进行测量，拉伸速度为1mm/min，引伸计切换点为0.2mm，试验去除点数设置为0，试验结束参数设置为定力衰减幅度40％。

14、进一步地，所述s5中，拟合的具体方法为：采用线性拟合的方法，创建形如y＝ax+b的函数，其中x为自变量，即激光功率，y为因变量，分别为抗拉强度、弹性模量、延伸率；将s4中测得的数据代入函数中进行拟合求解a、b数值，得到关系式。

15、本发明的有益效果是：

16、(1)本发明通过激光体能量密度的函数主体，计算采用不同的激光功率时对应的扫描速度，从而采用激光选区熔化技术进行成形，从而得到成型零件的力学性能与激光功率的对应关系，从而通过改变激光功率，实现对抗拉强度、延伸率和弹性模量的精准调控提升。

17、(2)本发明通过降低激光功率，对应的扫描速率也随之降低，从而在一定程度上降低了成型过程中的温度梯度，有利于减小成型零件在成型过程中的热应力以及残余应力，从而改善零件的力学性能。

技术特征：

1.一种激光选区熔化成型钛合金力学性能调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的激光选区熔化成型钛合金力学性能调控方法，其特征在于，所述s1中，激光体能量密度的函数主体表达式如下：

3.根据权利要求1所述的激光选区熔化成型钛合金力学性能调控方法，其特征在于，所述s3中，采用选区激光熔化技术以ti6al4v合金为材料成型拉伸试样，成型前使用纯度为99.999％的高纯氩气对成型仓进行洗气，保证打印过程中氧气含量不高于500ppm。

4.根据权利要求1所述的激光选区熔化成型钛合金力学性能调控方法，其特征在于，所述s4中，进行拉伸试验的具体方法为：试样平行段的长度为25mm，使用标距为20mm的引伸计进行测量，拉伸速度为1mm/min，引伸计切换点为0.2mm，试验去除点数设置为0，试验结束参数设置为定力衰减幅度40％。

5.根据权利要求1所述的激光选区熔化成型钛合金力学性能调控方法，其特征在于，所述s5中，拟合的具体方法为：采用线性拟合的方法，创建形如y＝ax+b的函数，其中x为自变量，即激光功率，y为因变量，分别为抗拉强度、弹性模量、延伸率；将s4中测得的数据代入函数中进行拟合求解a、b数值，得到关系式。

技术总结本发明公开了一种激光选区熔化成型钛合金力学性能调控方法，包括：创建激光体能量密度的函数主体，限定激光体能量密度与扫描间距、铺粉层厚度、激光功率、扫描速度之间的函数关系；扫描间距和铺粉层厚度固定，激光功率在固定的范围内以设定步长阶梯取值，计算各激光功率对应的扫描速度，再用激光选区熔化技术成型钛合金拉伸试样；对拉伸试样进行拉伸试验测试力学性能，力学性能包括：抗拉强度、延伸率和弹性模量；将测得的力学性能分别拟合，得到各自与激光功率的关系式；对待制备的具有特定力学性能的零件，根据关系式，选择相应的激光功率。本发明能通过关系式，调整激光功率实现对力学性能的准确调控。技术研发人员：丁红钦,谢海波,高青,杨华勇,王琮瑜,杨陈,邢玉涛,白洁,叶云天,王柏村受保护的技术使用者：浙江大学高端装备研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/5