[发明专利]金属增材制造成形件的局部力学性能的评价方法

说明书

本发明公开的金属增材制造成形件的局部力学性能的评价方法包括步骤：从关键位置获取微小压缩试样；对微小压缩试样进行压缩试验以获得微小压缩试样的力‑位移曲线；修正力‑位移曲线并将修正后的力‑位移曲线转化为微小压缩试样的应力‑应变曲线；和根据应力‑应变曲线确定微小压缩试样的力学性能，力学性能包括弹性模量和屈服强度。如此，通过从增材制造成形件上的关键位置获取的微小压缩试样，来表征金属增材制造成形件的关键位置的力学性能，解决了标准试样无法反映零件局部性能的难题。所选择的微小压缩试样的尺度既具有宏观力学性能的代表性，又能准确反映指定高度、指定方向的微区力学性能。

技术领域

本发明涉及材料力学和测试技术领域，具体涉及一种金属增材制造成形件的局部力 学性能的评价方法。

背景技术

相关技术的增材制造(3D打印或快速原型制造)以高能束(如电弧、激光或电子束)作为热源，并使热源按零件的几何特征进行快速移动来熔化金属原料(如丝材或粉末)，从而实现逐层累加成形。然而，由于金属增材制造产品经历了无数次的熔化和凝 固过程，热源作用区域较小，局部区域的热历史受到热源功率、扫描策略、构件形式和 尺寸等多种因素的影响而变得极其复杂，会引起不同高度、不同方向上微观结构的显著 差异，并直接导致局部区域力学性能的不均匀。

目前，评价增材制造成形件力学性能的方法主要有两种：一种是在制造零件的同时 打印拉伸试样，但是打印的拉伸试样只能反映试样宏观的力学性能，不能代表零件特定高度和特定方向的局部力学性能。另一种方法是利用聚焦离子束(Focused Ion beam，FIB)等方法，在材料上切割出纳米或微米级别的微柱并进行压缩试验，但是这种方法 切割出来的微柱试样常常会因为尺寸太小而产生尺度效应，并且，采用这种方法得到的 结果不仅不能反映试样宏观的力学性能，而且操作比较复杂。

因此，如何根据增材制造的成形特点在合适的尺度下进行试验从而有针对性地、准 确地评价增材制造成形件的力学性能成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种金属增材制造成形件的局部力学性能的评价方法。

本发明的实施方式提供的一种金属增材制造成形件的局部力学性能的评价方法包 括步骤：

确定所述金属增材制造成形件的关键位置的高度和方向；

从所述关键位置获取微小压缩试样；

对所述微小压缩试样进行压缩试验以获得所述微小压缩试样的力-位移曲线；

修正所述力-位移曲线并将修正后的所述力-位移曲线转化为所述微小压缩试样的应 力-应变曲线；和

根据所述应力-应变曲线确定所述微小压缩试样的力学性能，所述力学性能包括弹 性模量和屈服强度。

本发明实施方式的金属增材制造成形件的局部力学性能的评价方法，针对金属增材 制造成形件的组织和力学性能高度局部化的特点，通过从增材制造成形件上的关键位置 获取的微小压缩试样，来表征金属增材制造成形件的关键位置的力学性能，解决了标准试样无法反映零件局部性能的难题。所选择的微小压缩试样的尺度既具有宏观力学性能的代表性，又能准确反映指定高度、指定方向的微区力学性能。

在某些实施方式中，所述微小压缩试样呈柱状，所述微小压缩试样的横截面呈圆形， 所述横截面与所述微小压缩试样的高度方向垂直，所述微小压缩试样的高度大于0.5mm 且小于或等于3mm，所述微小压缩试样的高度与所述横截面的直径的比值为1-3，所述 横截面的面积大于0.5mm²且小于或等于3mm²。