[發明專利]一種利用激光選區熔化技術制備24CrNiMo貝氏體合金鋼的方法

有效

• 申請號: 201710458010.3
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107214336B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 陳歲元;魏明煒;劉常升;郭快快;梁京;崔彤
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;C22C38/44;C22C38/02;C22C38/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李銀姬;李馨

本發明提供一種利用激光選區熔化技術制備24CrNiMo貝氏體合金鋼的方法，該方法包括利用激光器按照預先設定的激光選區熔化掃描路徑對鋪展在基板上的24CrNiMo合金鋼粉末進行掃描至粉末熔化的步驟。本發明通過優化工藝參數，利用C、Cr、Ni、Mo等合金元素的作用，在激光選區熔化大的冷卻速度下獲得組織均勻的貝氏體合金鋼，獲得的貝氏體組織平均顯微硬度達到330?346HV，抗拉強度為962?978Mpa，延伸率為16.4?17.6％，強塑積達到16.1?16.9Gpa·％，組織具有優異的強韌性匹配。該方法和工藝主要用于24CrNiMo合金鋼高鐵制動盤的激光選區熔化制造。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種利用激光選區熔化技術制備高強韌性24CrNiMo貝氏體合金鋼的方法。

背景技術

Cr-Ni-Mo系低合金高強度鋼具有良好的強韌性和較高的耐熱性，是目前常用的高速列車制動盤用鋼。24CrNiMo合金鋼制造高鐵制動盤，傳統制造方法主要用鑄造、鍛造加后續熱處理、精加工等制造方式，存在著生產周期長、制造成本高、熱處理工序復雜等問題，同時核心技術被國外壟斷并形成了相關技術保護。

激光選區熔化技術是一種集計算機輔助設計精密機械、數控激光技術和材料科學為一體的全新制造技術，經過幾十年的發展，已經成為國內外重點發展的新型產業化技術。增材選區熔化技術在制造金屬零部件方面具有高度柔性和快速性，主要體現在(1)十分有利于結構復雜構件的制造；(2)能夠大大縮短生產制造周期；(3)顯著提高原材料利用率；(4)制造過程具有快速加熱/冷卻特性，構件形成獨特組織和性能。因此，如何利用選擇性激光熔化技術發展具有自主知識產權的高鐵制動盤制造新技術具有重大的科學研究與實際的應用價值。

近年來，激光選區熔化技術在鐵基合金上的研究和應用包括316L，304型不銹鋼，快速成形后組織全部或絕大部分為奧氏體，室溫抗拉強度為500Mpa級別，延伸率達到30％，強塑積15GPa·％；而應用在18Ni-300馬氏體沉淀硬化鋼、H13高速鋼方面，快速成形后組織大部分由馬氏體組成，雖然抗拉強度能達到1200Mpa，但是延伸率只有6％左右，強塑積僅僅為7.2Gpa·％，另外由于馬氏體相變帶來大的組織應力，激光選區熔化過程中易產生裂紋等缺陷。同時，對于國民經濟建設中使用量最大的低合金高強度結構鋼的激光增材制造研究和應用較少，這主要與激光選區熔化制造低碳低合金高強度鋼過程中物相和相變更加復雜有關。特別是關于24CrNiMo合金鋼的激光選區熔化工藝與組織和性能上的研究還未見報道。

貝氏體相變是將鋼高溫奧氏體化后快冷到貝氏體轉變溫度區間(260-400℃)后等溫，組織將轉變為貝氏體。貝氏體組織具有較高的強韌性配合，在硬度相同的情況下貝氏體組織的耐磨性明顯優于馬氏體，可以達到馬氏體的1-3倍。因此，為了使激光選區熔化制造的24CrNiMo合金鋼得到良好的組織強韌性匹配，以滿足高鐵制動盤的性能要求，有必要研究出一種制備24CrNiMo合金鋼貝氏體組織的激光選區熔化方法與工藝。

發明內容

本發明的目的是提供一種激光選區熔化技術制備24CrNiMo貝氏體合金鋼的方法。本發明提高激光選區熔化后合金鋼組織的強韌性匹配，在快速成形構件擁有高強度的同時，又具有比馬氏體組織更好的韌性，減少選區熔化過程中易出現的裂紋問題，同時又不需要經過后續熱處理就能夠達到目標產品力學性能使用要求。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

一種利用激光選區熔化技術制備24CrNiMo貝氏體合金鋼的方法，該方法包括利用激光器按照預先設定的激光選區熔化掃描路徑對鋪展在基板上的24CrNiMo合金鋼粉末進行掃描至粉末熔化的步驟，其中所述進行掃描時的工藝參數為：激光器輸出功率P為1800-2200W，矩形光斑尺寸D為4×4mm，激光束掃描速度V為6-10mm/s，搭接率η為30-50％。