[发明专利]一种改善激光增材制造合金结构钢组织和力学性能方法

说明书

本发明属于金属激光增材制造领域，具体为一种改善激光增材制造合金结构钢组织和力学性能方法，适用于各种复杂结构的合金钢构件激光沉积组织和力学性能的改善。采用与合金结构钢粉末相同粒度的不锈钢一种或几种粉末，通过球磨机均匀混合一定比例于合金结构钢粉末中，在真空手套箱中用同步送粉方法进行激光沉积，沉积过程中用一定流量的氩气保护激光沉积作用区，纯净激光作用区并提高凝固速率。本发明实现激光沉积合金结构钢组织致密均匀，孔洞、裂纹及夹杂物缺陷完全消除的激光增材制造，同时激光沉积层力学性能显著提高，为激光增材制造合金钢结构件方面提供沉积组织结构及力学性能优化的解决方案。

技术领域

本发明属于金属激光增材制造领域，具体为一种改善激光增材制造合金结构钢组织和力学性能方法，适用于各种复杂结构的合金钢构件激光沉积组织和力学性能的改善。

背景技术

合金结构钢作为现代工业应用广泛的金属材料，具有良好的淬透性，经适宜的热处理后，易达到良好表现的力学性能等，广泛用于制造尺寸较大、结构复杂的高性能构件。例如：核电应急柴油机凸轮轴和高铁列车制动盘等重点工程领域中大尺寸高性能结构零件。合金结构钢零件在各领域的应用潜力，主要取决于大尺寸构件内部组织致密均匀及力学性能综合优化。

当前国内的复杂形状的大尺寸结构钢零件主要依靠铸造生产，但铸造的成品率较低，约为30％，且成品力学性能较差，导致零件寿命较低，难以满足快速发展的核电及高铁等行业要求，严重制约结构钢零件在我国工业领域更广泛的应用，现在我国大尺寸结构钢零件(如：核电凸轮轴及高铁制动盘)主要采用进口，零件价值较高。

激光沉积增材制造是一种新的制造技术，以高功率激光作为热源，通过激光熔合同步输送的丝材或粉末等原材料，逐层熔化堆积而实现增材制造，可以精确控制能量输入、制造尺寸等，实现任意复杂形状金属零件的成型制造。激光增材制造技术能实现精准三维沉积，且在制造结构复杂的高性能结构钢具有高效率、低成本、高质量及高性能等特有优势。因此，研究合金钢零件激光熔化沉积制造方法，为新品研制、提升性能和我国关键零部件制造自主化具有重要的实用价值和理论意义。

发明内容

为了解决大尺寸高性能结构钢零件激光沉积制造中组织缺陷及力学性能较差问题，本发明的目的在于提供一种改善激光增材制造合金结构钢组织和力学性能方法，利用混合不锈钢粉末改善合金钢粉末的自熔性能，获得合金钢激光沉积组织致密均匀和良好的综合力学性能。

本发明的技术方案如下：

一种改善激光增材制造合金结构钢组织和力学性能方法，该方法的工艺步骤如下：

采用粒度相同的结构钢以及不锈钢粉末，分别取不锈钢一种或两种以上粉末按比例球磨处理，均匀混入结构钢粉末中，并将混合后的粉末进行干燥处理，干燥处理温度为50～120℃，干燥结束后，冷却至室温；根据沉积的目标钢粉末选择基体，在真空手套箱环境中，采用激光同步送粉沉积方式，选择一种光斑的光束在基体上进行激光沉积处理，同时用保护气体覆盖激光作用区，纯净激光作用区并提高凝固速率。

所述的结构钢粉末，粒度在100～300目，球形度≥90％，氧含量≥500PPM。

所述的不锈钢一种或两种以上粉末，采用马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢或双相不锈钢粉末，粒度均为100～300目，球形度≥90％，氧含量≤500PPM。

所述的不锈钢一种或两种以上粉末，占混合钢粉比例不大于50wt％，混合钢粉总重量100％。

所述的干燥处理是将混合粉末置于干燥箱中0.5小时以上。

所述的基体是与合金结构钢具有较好的润湿性和良好焊接性能。

所述的真空手套箱环境，H₂O≤200PPM、O₂≤200PPM。

所述的激光沉积的工艺参数如下：