高通量测定金属粉末增材制造过程热影响区温度的方法与流程

技术特征：
1.高通量测定金属粉末增材制造过程热影响区温度的方法，其特征在于：首先采用在温度可控的加热条件下以“秒”数量级获得金属粉末不同温度下显微组织特征定量参数，再通过激光热源以多种不同的工艺参数组合扫描通过粉末原始组织金相磨面表面以模拟实际工况，最后对比实际激光热源加热后热影响区组织和此前测定的不同温度下粉末的显微组织特征定量参数，以确定激光热源加热冷却后热影响区的实际温度；所述显微组织特征定量参数包括：晶粒度、析出相；不同温度下是指样品固结成形的温度到液相线温度之间。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法包含以下具体步骤：步骤一、将所制备的金属粉末分为所需粒度等级备用；步骤二、将合金粉末放入不锈钢管中除气、封焊制备包套；步骤三、计算合金的相平衡图，确定合金的主要析出相相变温度并采用差热扫描量热分析验证；步骤四，将包套放入热等静压机中加热保温将粉末固结成形，保温温度低于粉末相变温度；步骤五、将保温温度低于粉末相变温度的热等静压固结成形后包套加工成圆柱状试样，在gleeble热模拟试验机中快速加热到不同温度并快速冷却；步骤六、利用仪器观察不同温度和速度加热冷却后试样的显微组织，并进行定量分析，获得原始金属粉末经不同温度处理后的显微组织特征定量参数，同时获得该成分金属粉末树枝晶到等轴晶的临界转变温度，以验证此前热等静压保温温度选择的合理性；步骤七、另取热等静压后加工好圆柱状试样，切取小段并在端面进行标准金相制样，形成粉末的光亮截面；步骤八、利用增材制造设备的激光热源，采用不同的工艺参数激光束扫描热等静压后金相试样表面以模拟增材制造实际工况，在粉末截面表面形成激光熔覆通道；步骤九、利用仪器观察不同工艺参数下激光扫描熔覆粉末后的熔覆通道热影响区显微组织，并进行定量分析，获得不同增材制造工艺条件下粉末热影响区的显微组织特征定量参数；步骤十、对比不同温度加热后原始粉末的显微组织和不同增材制造工艺条件下粉末激光熔覆道热影响区的显微组织，找到组织相近的试样所对应的温度，进而确定增材制造工艺条件下金属粉末熔覆通道热影响区温度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤一中金属粉末粒度范围为1μm～150μm；所述步骤二中不锈钢管的直径为5
‑
10mm，长度100
‑
300mm，除气时真空度为<10
‑3pa；所述步骤三采用thermal
‑
calc或jmatpro软件计算合金的相平衡图，确定合金的析出相相变温度，并采用差热扫描量热分析或者差热分析验证结果。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤四将包套放入热等静压机中加热保温将粉末固结成形，保温温度低于粉末主要相变温度50℃以上。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤五将热等静压后的试样加工成直径5
‑
10mm，长度20
‑
60mm的圆柱形，放入gleeble热模拟试验机进行快速加热和短时保温并快速冷却，升温时间1
‑
2s，保温1
‑
10s，随后断电快速冷却，加热保温温度范围为热等静压温
度至液相线之间，设置多个特征保温温度点，温度点3个以上。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤六采用光学金相显微镜、扫描电子显微镜或电子背散射衍射观察和定量分析不同温度加热和冷却的高温合金粉末，确定不同温度条件下金属粉末的显微组织特征定量参数，测量粉末经快速升降温处理后的平均晶粒尺寸，采用同步辐射x射线衍射测定快速加热后粉末的相种类。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤七另取热等静压后加工好圆柱状试样，切取直径为5
‑
10mm，高度5
‑
15mm的小圆柱段，并在端面进行标准金相制样，采用分别采用200#、400#、800#、1000#、1200#碳化硅砂纸磨样，再利用金刚石喷雾分别进行2.5μm和0.5μm粒度的抛光，形成具有原始组织特征的大块体粉末光亮截面试样。8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤八利用增材制造设备的激光热源，采用不同的工艺参数激光束扫描热等静压后金相试样表面以模拟增材制造实际工况，在粉末截面表面形成激光熔覆通道，其中激光的功率范围20w～400w，扫描速度范围50mm/s～1000mm/s，一个圆柱试样上包含的增材制造工艺组合3个以上。9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤九采用激光共焦显微镜、sem或ebsd观察激光熔覆通道附近的显微组织，并定量分析不同增材制造工艺条件下金属粉末热影响区的显微组织，确定显微组织特征定量参数，测定激光热源扫描后热影响区金属粉末的晶粒平均尺寸，采用同步辐射x射线衍射测定经过激光熔覆后合金的相种类。10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤十对比不同温度加热后原始粉末和不同增材制造工艺条件下粉末截面热影响区的晶粒度，找到最接近的试样所对应的温度，然后采用插值法确定增材制造工艺条件下金属粉末熔覆通道热影响区温度。

技术总结
本发明属于增材制造用金属粉末领域，涉及高通量测定金属粉末增材制造过程热影响区温度的方法。首先采用在温度可控、快速响应可测的快速加热条件下以“秒”数量级快速获得金属粉末不同温度下显微组织特征定量参数(如晶粒度、析出相)，再通过激光热源以多种不同的工艺参数组合扫描通过粉末原始组织金相磨面表面以模拟实际工况，最后对比实际激光热源加热后热影响区组织和此前快速测定的不同温度下粉末的显微组织特征参数，以确定激光热源快速加热冷却后热影响区的实际温度。通过以上方法可高通量的快速获得多种成分合金粉末不同增材制造工艺参数下所对应的热影响区的温度，为金属粉末材料增材制造工艺参数的优化和组织性能可控提供技术支撑。能可控提供技术支撑。


技术研发人员：郑亮 李周 张国庆
受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院
技术研发日：2021.08.18
技术公布日：2021/11/28