TCEEMA 0204-2023 增材制造激光熔覆層抗裂性能試驗(yàn)與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范

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T/CEEMA中國電力設(shè)備管理協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)T/CEEMA—0204－2023增材制造激光熔覆層抗裂性能試驗(yàn)與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范Technicalspecificationfortestandevaluationofcrackresistanceofhighentropyalloylasercladding2023-11-30發(fā)布 2023-11-30實(shí)施中國電力設(shè)備管理協(xié)會(huì) 發(fā)布2/102/10目 次目錄目 次 2前 言 1引??言 2增材制造激光熔覆層抗裂性能試驗(yàn)與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范 3范圍 3規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 3增材制造 additivemanufacturing 3激光熔覆 lasercladding 3抗裂性能 crackingresistance 4韌性toughness 4斷裂韌性fracturetoughness 4初始裂紋 initialcrack 4試驗(yàn) 4試驗(yàn)設(shè)備 4試樣制備 4裂紋檢測和斷裂韌性測量 5試驗(yàn)報(bào)告 7評(píng)價(jià) 71/101/10前 言本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)范了以下內(nèi)容：增材制造激光熔覆層抗裂性能試驗(yàn)與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范的相關(guān)術(shù)語及定義。增材制造激光熔覆層抗裂性能試驗(yàn)與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范的總體和具體要求。本標(biāo)準(zhǔn)由中國電力設(shè)備管理協(xié)會(huì)提出，本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本標(biāo)準(zhǔn)由中國電力設(shè)備管理協(xié)會(huì)歸口和解釋。（北京（北京認(rèn)證服務(wù)有限公司。本導(dǎo)則在執(zhí)行中若有意見和建議，請反饋至中國電力設(shè)備管理協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化管理辦公室，電子郵箱：emiunted@163.com。2/102/10引??言GB/T22458-2008儀器化納米壓入實(shí)驗(yàn)方法通則GB/T25898-2010儀器化納米壓入試驗(yàn)方法薄膜的壓入硬度和彈性模量》《GB/T37900-2019超薄玻璃硬度和斷裂韌性試驗(yàn)方法小負(fù)荷維氏硬度壓痕法》《NFA03-180-2006金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌性的測定》《GB/T25898-2010儀器化納米壓入試驗(yàn)方法薄膜的壓入硬度和彈性模量》等。本標(biāo)準(zhǔn)的編PAGEPAGE3/10增材制造激光熔覆層抗裂性能試驗(yàn)與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范范圍本文件規(guī)定了增材制造激光熔覆層抗裂性能術(shù)語和定義、試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法。本文件適用于增材制造激光熔覆涂層抗裂性能的試驗(yàn)與評(píng)價(jià)活動(dòng)。規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。GB/T22458-2008 儀器化納米壓入實(shí)驗(yàn)方法通則GB/T39251-2020 GB/T37900-2019 超薄玻璃硬度和斷裂韌性試驗(yàn)方法小負(fù)荷維氏硬度壓痕法NFA03-180-2006 金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌性的測定GB/T25898-2010 GB/T222-2006 鋼的成品化學(xué)成分允許偏差GB/T3620.2-2007 鈦及鈦合金加工產(chǎn)品化學(xué)成分允許偏差GB/T3190-2020 變形鋁及鋁合金化學(xué)成分GB/T6524-2003 金屬粉末粒度分布的測量重力沉降光透法GB/T40737-2021 HG/T4079-2009 金屬拋光表面質(zhì)量檢測及評(píng)判規(guī)則術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。增材制造 additivemanufacturing注1：增材制造為快速成型技術(shù)的一種，又稱3D打印技術(shù)；激光熔覆 lasercladding抗裂性能 crackingresistance在外力作用下，材料或構(gòu)件具有的抵抗宏觀微裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展直到發(fā)生斷裂失效的能力。韌性toughness材料在塑性變形和破裂過程中吸收能量的能力。斷裂韌性fracturetoughness初始裂紋 initialcrack通過增材制造技術(shù)得到的熔覆層，未施加載荷前熔覆層存在的裂紋。1：初始裂紋在一定載荷的作用下會(huì)擴(kuò)展并發(fā)生斷裂；注2：熔覆層初始裂紋觀察方法：打磨拋光熔覆層，顯微鏡觀測。試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)備納米壓痕儀。GB/T22458-2008中附錄B中的規(guī)定。顯微鏡：試驗(yàn)用顯微鏡為掃描電子顯微鏡，顯微鏡的放大倍數(shù)不小于1000倍。試樣制備基體材料選擇、規(guī)格與表面處理基體材料選擇合金以及復(fù)合材料。例如，鐵基增材制造材料優(yōu)先選擇Q235鋼板；鈦基合金增材制造材料優(yōu)先選擇TC4合金。基體材料規(guī)格與表面處理基體材料加工為200mm×100mm×100mm長方體。對表面進(jìn)行拋光打磨應(yīng)符合HG/T4079-2009中對拋光表面的規(guī)定。合金粉末熔覆層合金粉末的質(zhì)量要求：（1）合金粉末的外觀應(yīng)顏色一致，無目視可夾雜物。（2）合金粉末的化學(xué)成分應(yīng)滿足GB/T222-2006、GB/T3620.2-2007、GB/T3190-2020的要求。GB/T6524-2003的要求。合金粉末的流動(dòng)性≤22s/50g；合金粉末的球形率≥92%。合金粉末的空心球率≤5%?；募す馊鄹捕鄬宇A(yù)置式激光熔覆300-500μm，在真空或惰性氣氛中逐層進(jìn)行激光熔覆加工，熔覆工藝參數(shù)：掃描速度8—12mm/min，離焦量15—25mm，光斑直徑2.2—2.5mm，相鄰道間重疊率50%，激光輸出功率0.5-1KW，惰性氣體流速6—10L/min。多層同步送粉激光熔覆將配制好的合金粉末采用同步送粉方法逐層進(jìn)行激光熔覆成形，送粉量控制在5—30g/min，送粉誤差在3％以下。取樣待評(píng)測試樣應(yīng)取自于增材制造塊體的第4層或之后沉積成形部分，從基體上對所選取部分進(jìn)行切割取樣，所得的樣品厚度100-150μm，對于多層預(yù)置式激光熔覆和多層同步送粉激光熔覆所獲得的試樣，預(yù)留對照試驗(yàn)的基材樣品數(shù)量不少于5個(gè)。試樣預(yù)處理對4.2.4HG/T4079-2009裂紋檢測和斷裂韌性測量初始裂紋檢測1000倍；對掃描電子顯微鏡的照片進(jìn)行隨機(jī)抽樣觀察，選取樣本記為Ni（i≥9），相鄰點(diǎn)之間距離不低于100μm，樣點(diǎn)觀測范圍為半徑r（10μm≤r≤20μm）的圓，記錄各個(gè)樣點(diǎn)范圍內(nèi)長度超過2μm的裂紋的數(shù)量Ai。斷裂韌性測量使用配備有金剛石壓頭的納米壓痕儀檢測斷裂韌性，納米壓痕測量原理示意圖如圖1所示。設(shè)置金120nm1650μm，2s—5s后，卸除試驗(yàn)力，測量位移，記錄測量點(diǎn)的荷16個(gè)點(diǎn)的荷載、位移數(shù)據(jù)繪制載荷-位移曲線，熔覆層載荷-2GB/T25898-2010，通過對載荷－位移曲線參數(shù)的分析、計(jì)算得到材料的硬度和彈性模量，再依據(jù)公式（1）分別計(jì)算出熔覆層試樣和對照基EHPCm1.5KaEHPCm1.5

=0.016

0.5

……………（1）KIC——熔覆層的斷裂韌性，單位為（MPa/m1/2）；P ——試樣加載的載荷，單位為牛（N）；H ——相同載荷下涂層的硬度，單位為吉帕（GPa）；E ——試樣的彈性模量，單位為吉帕（GPa）；Cm——16個(gè)徑向裂紋長度的平均值，單位為毫米（mm）。壓痕試驗(yàn)后裂紋檢測再次使用放大倍數(shù)不低于1000倍的掃描電子顯微鏡觀測進(jìn)行納米壓痕試驗(yàn)后的材料，取樣規(guī)則同上，樣本裂紋數(shù)量記為Bi（i≥9）。再根據(jù)公式（2）計(jì)算出熔覆層的裂紋率α。裂紋率計(jì)算公式如下：?α=Σ ??

?×100%

……………（2）式中：

?=1

?2?S——熔覆層的表面積，單位為平方毫米（mm2）；r——樣點(diǎn)觀測范圍為半徑，單位為微米（μm）。1納米壓痕測量原理示意圖圖1中：a—壓頭與試樣的接觸投影面積，單位為毫米（mm）；P—試驗(yàn)載荷，單位為牛（N）；h—試驗(yàn)中金剛石壓頭最大壓入深度，單位為毫米（mm）；hc—壓頭與試樣接觸的深度，單位為毫米（mm）；hf—完全卸載后參與壓痕的深度，單位為毫米（mm）；hs—壓頭與試樣未接觸的深度，單位為毫米（mm）。2熔覆層載荷-位移曲線圖2中：P —試驗(yàn)載荷，單位為牛Pmax—試驗(yàn)載荷，單位為牛（N）；h —金剛石壓頭壓入深度，單位為毫米（mm）；hmax—金剛石壓頭最大壓入深度，單位為毫米hf —完全卸載后壓痕的深度，單位為毫米（mm）；S —卸載曲線頂部的斜率。4.3.3記錄與拍照分別記錄并拍照試樣測試前、后的宏觀和微觀形貌、裂紋和顯微結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告包含但不限于以下內(nèi)容：a）一般信息：測試機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)地址、測試時(shí)間、測試人、報(bào)告編號(hào)；測試環(huán)境：溫度、相對濕度；測試用標(biāo)準(zhǔn)；測試用儀器名稱、壓頭型號(hào)；e）基礎(chǔ)材料、熔覆層粉末材料信息；試驗(yàn)加載力，加載時(shí)間和保持時(shí)間；測試結(jié)果與評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)采用裂紋率α和熔覆層本身的斷裂韌性值與對照基體材料斷裂韌性值的比值β共同評(píng)價(jià)增材制造激光熔覆層抗裂性能，評(píng)價(jià)指標(biāo)見表1。β的計(jì)算公式見公式（2）：式中：

β=??

……………（2）β——熔覆層斷裂韌性和對照材料斷裂韌性的比值；Ka——熔覆層材料斷裂韌性值，單位為噸（