[发明专利]一种增材制造高强铝合金的应力场测试方法及系统

说明书

本发明公开一种增材制造高强铝合金的应力场测试方法及系统，所述增材制造高强铝合金的应力场测试方法包括测量零件表层残余应力，并逐层去除零件表层材料，以获得残余应力场测量值，在ANSYS软件中建立有限元模型，测量所述残余应力场，对零件表面涂覆保护层，将零件表面进行热处理强化，以得到处理后的零件，对所述处理后的零件查找热振复合工艺参数组合，确定热振复合应力均化工艺方案。本发明的增材制造高强铝合金的应力场测试方法不仅能够测量材料表面残余应力或规则形状试件的内部残余应力，而且能够实现对内部残余应力场的精确测量。

技术领域

本发明涉及铝合金增材制造技术领域，特别是涉及一种增材制造高强铝合金的应力场测试方法及系统。

背景技术

高强铝合金以其优异的高比强度、耐高温、抗腐蚀性能广泛应用于航空航天主承力结构件。受高强铝合金固有特性的影响。采用切削加工的传统加工方法制造大型复杂高强铝合金结构件，存在材料利用率低、生产周期长、加工费用高等缺点。近年来，应用激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping，简称LENS)增材制造技术制造大型高性能金属构件，逐渐成为了国内外先进制造技术与材料加工工程交叉领域的前沿研究热点方向之一，在世界范围内受到政府、工业界和学术界的高度关注。与“锻压+切削加工”或“锻造+焊接”等传统大型金属构件制造技术相比，激光近净成形工艺具有制造流程短、晶粒细小、成分均匀、材料利用率高等特点。该技术有望为国防及工业重大装备中大型难加工金属构件的制造提供一条快速、柔性、低成本、高性能、短周期的技术新途径。

现有的残余应力测试方法，大多只能测量材料表面残余应力或规则形状试件的内部残余应力，因此迫切需要改进。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种增材制造高强铝合金的应力场测试方法及系统，用于解决现有技术中的测试方法，大多只能测量材料表面残余应力或规则形状试件的内部残余应力的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种增材制造高强铝合金的应力场测试方法，包括：

测量零件表层残余应力，并逐层去除零件表层材料，以获得残余应力场测量值；

在ANSYS软件中建立有限元模型，测量所述残余应力场；

对零件表面涂覆保护层；

将零件表面进行热处理强化，以得到处理后的零件；

对所述处理后的零件查找热振复合工艺参数组合，确定热振复合应力均化工艺方案。

在本发明的一实施例中，通过X射线衍射法或激光散斑干涉盲孔法测量零件表层残余应力。

在本发明的一实施例中，通过机械铣削或化学铣削的方式逐层去除零件表层材料。

在本发明的一实施例中，所述测量所述残余应力场的步骤包括：

对所述有限元模型进行修正，以得到修正后的模型；

对所述修正后的模型通过激光熔化沉积方法进行仿真建模，以得到建模后的模型；

对所述建模后的模型进行残余应力场仿真结果分析，以得到所述残余应力场的测量结果。

在本发明的一实施例中，所述保护层材料为有机硅、环氧树脂和石墨粉的混合物，有机硅和环氧树脂的体积比为1:2，有机硅和石墨粉的质量比为6：1-15：1。

在本发明的一实施例中，所述将零件表面进行热处理强化的步骤包括：

将零件部表面置于200℃～230℃空气热处理炉中，保温3～5h，通入氩气或氮气，进行气体淬火强化，然后冷却至室温，颗粒状组织细化为直径为0.3-0.8微米。