基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钛合金技术领域，具体涉及一种基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法以及一种锻件与基于增材制造的钛合金件关系的分析方法。
【背景技术】
[0002]3D打印钛合金材料的静强度总体上优于锻件，但其显微组织与传统工艺材料(如锻件)有很大不同，呈现晶粒定向生长的趋势，宏观材料端面存在棱台状形貌，晶粒粗大且晶界不规则，严重影响3D打印钛合金的疲劳性能。
[0003 ]现有技术无法将晶粒大小与疲劳强度联系起来。
[0004]因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法来克服或至少减轻现有技术中的至少一个上述问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法，所述基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法包括如下步骤:步骤1:制造多组晶粒尺寸不同的增材钛合金，从而形成多组待测钛合金组，其中，每组待测钛合金组中包括多个增材钛合金晶粒尺寸相同的待测钛合金件;步骤2:测量各组待测钛合金组中的每个待测钛合金件的晶粒尺寸;步骤3:为每组待测钛合金组中的每个待测钛合金件进行轴向等幅循环疲劳试验，从而得到每组待测钛合金组的应力寿命曲线；步骤4:通过应力寿命曲线，求出预定循环周次所对应的各个待测钛合金组中的待测钛合金件的疲劳强度oRl;步骤5:以所述步骤2中的每组待测钛合金组的晶粒尺寸为横坐标，以所述步骤4中的轴向等幅循环疲劳试验中的预定循环周次时的疲劳强度oRl为纵坐标，从而形成一个坐标系，并在该坐标系上标出每组待测钛合金组所对应的横坐标以及纵坐标的位置，并通过拟合的方式拟合出一条曲线，该曲线为增材制造钛合金晶粒尺寸与疲劳强度的关系曲线。
[0007]优选地，所述步骤I中的制造多组晶粒尺寸不同的增材钛合金方式为:通过改变制造时的激光功率和/或切片层厚度和/或送粉速度和/或扫描速度来制造。
[0008]优选地，所述步骤I中的每组待测钛合金组中包括25个待测钛合金件。
[0009]优选地，所述步骤2中通过扫描电镜进行晶粒尺寸的测量。
[0010]优选地，所述步骤3中的轴向等幅循环疲劳试验具体步骤为:将每组待测钛合金组进行再分组，从而将每组待测钛合金组分成多个待测钛合金小组，每个待测钛合金小组对应一级试验应力级，试验应力级的级数与每组待测钛合金组所分成的待测钛合金小组的数量相同；分别为每个待测钛合金小组施加相对应试验应力级的应力，并记录每个待测钛合金件断裂的循环周次以及断口位置和特征;利用扫描电镜检测测钛合金件的疲劳源以及裂纹扩展特性;根据所获得的每级试验应力级下待测钛合金件断裂的循环周次，拟合出所述应力寿命曲线。[0011 ]优选地，所述试验应力级分为五级，分别为:以0! = 750MPa作为第一级试验应力级，之后逐级下降75MPa，第五级应力水平为o5 = 450MPa。
[0012]优选地，所述步骤5中的预定循环周次为2X16周次。
[0013]本发明还提供了一种锻件与基于增材制造的钛合金件关系的分析方法，所述锻件与基于增材制造的钛合金件关系的分析方法包括如下步骤:步骤1:利用如上所述的基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法，从而获得增材制造钛合金晶粒尺寸与疲劳强度的关系曲线;步骤2:制造与所述步骤I中的增材钛合金相同尺寸的待测锻件;步骤3:利用如上所述的基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法中所述步骤3的轴向等幅循环疲劳试验获得所述待测锻件在预定循环周次时的疲劳强度OR1 ;步骤4:在所述步骤I中所得到的增材制造钛合金晶粒尺寸与疲劳强度的关系曲线中找到所述步骤3中的待测锻件的疲劳强度OR1，并查找出该疲劳强度OR1所对应的待测钛合金件的晶粒尺寸大小。
[0014]本发明的基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法通过增材制造方法制造出不同晶粒尺寸的增材钛合金，并分别开展疲劳试验测定疲劳强度，分析建立显微组织尺寸与疲劳强度之间的关系，获得增材制造钛合金晶粒尺寸与疲劳强度的关系曲线。可以利用曲线根据增材制造钛合金材料的晶粒尺寸，获得其疲劳强度，上解决了增材制造材料疲劳性能数据匮乏难于设计使用的问题。
【附图说明】
[0015]图1是根据本发明一实施例的增材制造钛合金晶粒尺寸与疲劳强度的关系曲线。
[0016]图2是图1所示实施例中的应力寿命曲线示意图。
【具体实施方式】
[0017]为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0018]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0019]图1是根据本发明一实施例的增材制造钛合金晶粒尺寸与疲劳强度的关系曲线。图2是图1所示实施例中的应力寿命曲线示意图。
[0020]如图1及图2所示的基于增材制造的钛合金晶粒尺寸与疲劳强度关系分析方法包括如下步骤:步骤1:制造多组晶粒尺寸不同的增材钛合金，从而形成多组待测钛合金组，其中，每组待测钛合金组中包括多个增材钛合金晶粒尺寸相同的待测钛合金件;步骤2:测量各组待测钛合金组中的每个待测钛合金件的晶粒尺寸;步骤3:为每组待测钛合金组中的每个待测钛合金件进行轴向等幅循环疲劳试验，从而得到每组待测钛合金组的应力寿命曲线(图1);步骤4:通过应力寿命曲线，求出预定循环周次所对应的各个待测钛合金组中的待测钛合金件的疲劳强度oRl;步骤5:以所述步骤2中的每组待测钛合金组的晶粒尺寸为横坐标，以所述步骤4中的轴向等幅循环疲劳试验中的预定循环周次时的疲劳强度OR1为纵坐标，从而形成一个坐标系，并在该坐标系上标出每组待测钛合金组所对应的横坐标以及纵坐标的位置，并通过拟合的方式拟合出一条曲线，该曲线为增材制造钛合金晶粒尺寸与疲劳强度的关系曲线。
[0021]在本实施例中，所述步骤I中的制造多组晶粒尺寸不同的增材钛合金方式为:通过改变制造时的激光功率和/或切片层厚度和/或送粉速度和/或扫描速度来制造。可以理解的是，上述的这些参数(激光功率、切片层厚度、送粉速度以及扫描速度)这改变其中的一项即可以改变晶粒尺寸。因此，可以根据需要而自行改变其中的一项或者几项。
[0022]有利的是，为了是防止各项参数之间的干扰，本实施例中选择将其中三项参数均保持不变，只改变其中一项的方式进行试验。
[0023]在本实施例中，所述步骤I中的每组待测钛合金组中包括25个待测钛合金件。可以理解的是，该数量可以根据需要而自行设定。例如，30个、40个或者更多。
[0024]在本实施例中，所述步骤2中通过扫描电镜进行晶粒尺寸的测量。
[0025]在本实施例中，所述步骤3中的轴向等幅循环疲劳试验具体步骤为:将每组待测钛合金组进行再分组，从而将每组待测钛合金组分成多个待测钛合金小组，每个待测钛合金小组对应一级试验应力级，试验应力级的级数与每组待测钛合金组所分成的待测钛合金小组的数量相同；分别为每个待测钛合金小组施加相