[发明专利]一种利用丝材多热源加热制造高硬抗冲击结构的方法

说明书

本发明公开了一种利用丝材多热源加热制造高硬抗冲击结构的方法，该高硬抗冲击结构是采用非熔化极电弧(等离子电弧)熔化制备的。具体是由高氮钢丝材和铁基碳化钨丝材按一定的送丝速度比采用非熔化极电弧同时熔化制成，其碳化钨质量分数为5.0～20.0％。该方法制备的高硬抗冲击结构的维氏硬度达到370～450HV，动态屈服应力达到1400～1700MPa。其维氏硬度均超过纯高氮钢丝材的320HV；其动态屈服应力均超过高氮钢丝材熔敷金属的1150MPa。采用电弧熔化二种丝材的方式制备全新高硬抗冲击结构，同时使制造高硬抗冲击材质的结构件更为方便快捷。

技术领域

本发明属于电弧增材制造技术领域，具体是一种利用丝材多热源加热制造高硬抗冲击结构的方法。

背景技术

高氮钢使用氮代替镍作为主要奥氏体元素，与常规不锈钢相比，其具有高强高硬与高耐腐蚀性等优点，在生物医疗、海洋工程和军工装备等领域有着良好的应用前景。高氮钢的硬度和动态力学性能提高存在着明显的瓶颈，而铁基碳化钨为进一步增强其性能提供了新的思路和选择。

专利《一种性能优异的高N奥氏体不锈钢中厚板及其制造方法》(申请号201910821769.2)公开了一种高氮钢制造方法，该高强钢对原材料添加特定元素进行电路炼钢和连铸，而后进行轧制、热处理等工艺，该方法流程繁杂，且难以保证金属元素的稀释率，另外铸件内部存在无法避免的缺陷(如气孔、夹杂)，设备成本较高；专利《一种高氮无磁不锈钢及其制造方法》(申请201811401175.8)公开了一种高氮无磁不锈钢的制备方法，该方法主要步骤为非真空感应熔炼,电渣重熔,开坯锻造,终锻成型锻造以及水冷处理。该方法可通过控制N元素的质量百分比保证高氮无磁不锈钢的耐局部腐蚀性能，但其制造工序同样较为复杂，工艺成本过高，周期较长。

发明内容

鉴于以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用铁基粉芯丝材多热源阶段加热制造高硬抗冲击结构的制备方法，在保证纯高氮钢具有耐腐蚀性能的前提下，其动态屈服应力达到1400～1700MPa，维氏硬度达到370～450HV。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用丝材多热源加热制造高硬抗冲击结构的方法，该高硬抗冲击结构是先使用石墨板对基板加热，再使用电弧加热熔化一定送丝速度比的高氮钢丝材和铁基碳化钨丝材，于堆敷层间对样件进行气罐喷枪环绕加热，堆敷后使用石墨板对基板和样件再加热所进行制造的，加热电弧为等离子电弧；所述的铁基碳化钨-高氮钢材料中，其碳化钨质量分数为5.0～20.0％。

进一步的，高氮钢丝材的直径为0.8mm、1.0mm或1.2mm，铁基碳化钨丝材的直径1.6mm、1.8mm或2.0mm。

进一步的，高氮钢丝材主要成分质量分数如下：Mn含量17.47％，Cr含量20.82％，Mo含量3.62％，N含量0.81％，余量主要为Fe；铁基碳化钨丝材主要成分质量分数为：WC含量45％，Cr含量18％，余量主要为Fe。

进一步的，利用丝材多热源加热制造高硬抗冲击结构的方法，包括以下具体步骤如下：

1)使用石墨板加热不锈钢基板达到预设温度；

2)预设工艺参数：包括根据等离子电弧设定堆敷电流、堆敷速度、离子气和保护气流量，设定二种丝材送丝速度；

3)控制焊枪距离工件高度，在不锈钢基板上起弧后，利用电弧加热，将高氮钢丝材和铁基碳化钨丝材同时送至电弧下熔化，按照预设机器人行走轨迹堆敷样件第一层；

4)使用气罐喷枪加热上一层堆敷层，调节气压控制气焰强度，调整层间温度达到期望值，样件旋转180°后，从上一层熄弧处附近开始堆敷下一层；

5)重复步骤4)，直至达到预设尺寸要求后停止堆敷。

6)使用石墨板加热基板和堆敷样件，维持预设温度一定时间，并使用保温棉覆盖使其冷却至室温。