[发明专利]低温服役环境下3D打印用高强不锈钢粉末及制备工艺

摘要

一种低温服役环境下3D打印用高强不锈钢粉末及制备工艺，属于增材制造用金属材料领域。该粉末的化学成分按重量百分比为：C：≤0.02％、Si：≤0.5％、Mn：≤0.5％、P：≤0.01％、S：≤0.003％、Cr：10.0～12.5％、Ni：7.5～9.5％、Mo：2.5～3.5％、V：0.05～0.15％、Co：4.0～6.0％、O：≤0.015％、N：≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质。制造工艺：母合金制备，等离子旋转电极制粉，粉末筛分与收集。优点在于，经SLM增材制造与配套热处理后，发明粉末制备的标准件具备了极为优异的综合力学性能，特别是低温韧性。可直接作为低温与航天工程领域3D打印用高性能复杂精密零件的粉末耗材，也可推广至医疗、海洋工程等相关领域，具有广阔的市场前景。

主权项

1.低温服役环境下3D打印用高强不锈钢粉末，其特征在于，该粉末的化学成分按重量百分比为：C：≤0.02％、Si：≤0.5％、Mn：≤0.5％、P：≤0.01％、S：≤0.003％、Cr：10.0～12.5％、Ni：7.5～9.5％、Mo：2.5～3.5％、V：0.05～0.15％、Co：4.0～6.0％、O：≤0.015％、N：≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质；/n基于上述粉末成分，经SLM增材制造与热处理后，标准件室温抗拉强度达到1300MPa，屈服强度达到1250MPa，延伸率超过15％，断面收缩率超过60％的前提下，室温夏比U型冲击功达到160J以上，-196℃冲击功仍保持在80J以上；/n该低温服役环境下3D打印用高强不锈钢粉末的制备工艺如下：/n(1)母合金制备：采用真空感应冶炼+真空自耗重熔制备母合金，母合金成分为C：≤0.02％、Si：≤0.5％、Mn：≤0.5％、P：≤0.01％、S：≤0.003％、Cr：10.0～12.5％、Ni：7.5～9.5％、Mo：2.5～3.5％、V：0.05～0.15％、Co：4.0～6.0％、O：≤0.0025％、N：≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；随后将母合金锻造或轧制成φ50mm、φ75mm合金棒材，经过扒皮、打孔攻丝处理后制成PREP制粉用合金棒材；/n(2)PREP制粉：雾化室抽真空后，向雾化室充入纯度99.995％以上的高纯氩气与99.995％以上高纯氦气的混合气体，氩和氦配比为4～8:1，制粉工艺参数为电机棒转速15000～20000r/min，等离子钨极枪加载1000～1800A电流起弧，等离子弧距控制在3～8cm，合金棒进料速度为0.5～2.0mm/s；所制备的金属粉末化学成为C：≤0.02％、Si：≤0.5％、Mn：≤0.5％、P：≤0.01％、S：≤0.003％、Cr：10.0～12.5％、Ni：7.5～9.5％、Mo：2.5～3.5％、V：0.05～0.15％、Co：4.0～6.0％、O：≤0.015％、N：≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质；/n(3)粉末筛分与收集：将集粉罐中的粉末进行机械振动筛分，15～53μm粉末用于激光选区熔化，50～100μm粉末用于电子束熔融50～150μm粉末用于激光工程化净成形，同时对筛分好的金属粉末进行抽真空密封包装；/n(4)基于SLM技术的标准件制备：将所发明的15～53μm粒度范围的高强度不锈钢金属粉末放入SLM激光增材制造设备中进行力学性能标准件制备，激光打印的工艺参数为：光斑直径70～100μm、激光功率200～300W、扫描速度800～1200mm/s，道次间距80～120μm，单层铺粉厚度20～30μm，此打印工艺可使零部件的致密度达到99.9％以上；/n(5)标准件热处理：增材制造后的标准件需经固溶+深冷+时效热处理：固溶温度为700～800℃，保温时间1～2小时，空冷或水冷至室温；深冷温度为-70～-80℃，保温时间2～4小时，空冷至室温；时效温度为480～540℃，保温时间为3～5小时，空冷到室温。/n