[发明专利]增材制造的17-4PH材料及其快速热处理工艺

说明书

本发明涉及金属增材制造技术领域，公开了一种增材制造的17‑4PH材料及其快速热处理工艺。该快速热处理工艺，依次包括如下步骤：a、固溶：在惰性气体保护或者真空条件下，将增材制造成型的17‑4PH材料在90～120min内，升温到1000～1050℃，保温30～60min；随后200～300℃/h冷却速度冷却到400～450℃，最后以18～30℃/min的冷却速率冷却至室温；b、时效：在惰性气体保护下，经过固溶后的17‑4PH材料，以110～130℃/min的升温速率升温至450～500℃，保温120～180min，随后以18～30℃/min的冷却速率冷却至室温。本发明专门针对增材制造的17‑4PH材料进行热处理工艺上的改进，在保证17‑4PH材料具有足够高的抗拉强度以及屈服强度的情况下，较大幅度地提高了断裂延伸率，使其满足骨科修复用医疗器械的要求，同时有效缩短了耗时。

技术领域

本发明涉及金属增材制造技术领域，尤其是一种增材制造的17-4PH材料及其快速热处理工艺。

背景技术

由于增材制造(3D打印)技术具有个性化、定制化的特点，同时又能加工各种类型的金属材料以及具有复杂结构的零件，因此为骨科修复提供了新的动力。

17-4PH医用不锈钢具有良好的强度和塑性，在骨科领域拥有广泛的应用。17-4PH不锈钢的化学成分通常包括：Cr：15.5～17.5％，Ni：3.0～5.0％，Cu：3.0～5.0％，Mn：≤1.00％，Si：≤1.00％，Nb+Ta：0.15～0.45％，C：≤0.07％，P：≤0.04％，S：≤0.03％。传统加工可以制作一些简单结构的17-4PH医疗器械，但一些复杂结构，如多孔结构，传统加工就无法制作，因此需要增材制造技术进行加工。根据骨科行业内采用的标准，骨科修复用医疗器械对17-4PH材料有着非常高的要求，不仅要具有一定的强度，还要有很好的延展性。而增材制造技术加工出的17-4PH件，内部应力较高，强度高、塑性差，这就需要对加工件进行热处理，来改善性能。

目前针对传统加工的17-4PH件的热处理方式是有较多公开的。如公开号为CN1844415A的专利申请即公开了一种17-4PH钢表面强化方法，对锻造成形的17-4PH钢进行热处理，其包括预备热处理和最终热处理两大步骤，在预备热处理中依次通过退火、固溶+过时效处理以及稳定化处理，最终热处理则依次通过表面固溶处理和表面时效处理，通过预备热处理后的固溶+过时效处理，屈服强度≥750Mpa，抗拉强度≥850Mpa，截面回缩率≥60％，延伸率≥19％。此方法主要是针对锻造成形的17-4PH钢的热处理方法，不过锻造成形的零件本身就具有较为优良的机械性能。

又如公开号为CN108384927A的专利申请也公开了一种17-4PH材料的热处理方法，其同样包括固溶处理和时效处理，固溶处理是在真空条件下加热至830-870℃保温2-3小时候，再加热至1030-1070℃保温2-3小时，然后想炉内通入氮气冷却，时效处理是在真空条件下，加热至480-600℃保温4-5个小时候通入氮气进行冷却，其固溶处理两个阶段的加热速度分别为80-100℃/h和50-80℃/h，冷却速度为50-80℃/h，时效处理的加热速度为50-80℃/h，冷却速率为50-80℃/h，即时效处理的用时保守估算也在28小时以上，时效处理的用时保守估算也在15小时以上，整个热处理过程耗时是十分长的。经过该热处理方法后，可以将获得屈服强度达到870～1120MPa，抗拉强度达到928～1164MPa，延伸率达到14.5～17.5％的17-4PH零件。

上述热处理主要是针对传统方式加工的17-4PH钢，而由于增材制造技术加工出的17-4PH零件内部应力高、塑性差等特点，完全依照现有的17-4PH钢热处理方式难以达到骨科修复要求，此外，现有的17-4PH钢热处理方式还存在耗时过长的缺陷，会较大程度上降低整体的加工效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种增材制造的17-4PH材料及其快速热处理工艺，可以大幅缩短热处理时间，有效提高17-4PH材料的延伸率。