[發明專利]一種激光熔化沉積24CrNiMo合金鋼的方法

有效

• 申請號: 201910874786.2
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN110669997B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 呂耀輝;董世運;趙軒;劉玉欣;閆世興;王凱博;劉曉亭;夏丹;徐濱士;韓宏升
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍裝甲兵學院
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/22;C22C33/02;B22F3/105;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙) 11457
• 代理人: 黃云鐸

本發明涉及一種激光熔化沉積24CrNiMo合金鋼的方法，在沉積相鄰沉積層時，設置2?10min的時間間隔，使在先沉積的沉積層溫度降至180℃～220℃再沉積下一層。與傳統加工方法相比，本發明方法省去復雜的熱處理工藝步驟，實現激光熔化沉積24CrNiMo合金鋼物相結構的實時調控，減少了能源消耗和人工成本，縮短了加工周期。此外，經過激光熔化沉積24CrNiMo合金鋼實時調控得到的物相結構為高強高韌性的低碳板條馬氏體結構，其晶粒尺寸顯著小于傳統加工方法得到零件的晶粒尺寸，顯著提高了合金鋼構件的力學性能，并且具有降低生產周期和資源消耗的實際工程應用潛力。

技術領域

本發明涉及一種激光熔化沉積24CrNiMo合金鋼的方法。更具體地，本發明涉及激光增材制造高性能合金鋼零件，即通過優化后的激光沉積方法調控24CrNiMo合金鋼的物相結構、內部缺陷以及拉伸性能等。

背景技術

24CrNiMo是我國現階段低合金高強鋼常用的材料成分體系，目前，該體系合金鋼通常經過傳統的鑄造和鍛壓工藝來制作合金鋼坯料，再根據不同的使用需求設計熱處理工藝。經過加工之后的合金鋼具有比強度高、高溫條件下成分穩定、抗沖擊韌性高以及耐磨性良好的優點，廣泛地應用于臥式鍛造機傳動偏心軸、鍛壓機中的曲軸和高鐵剎車盤等對強度要求高、承受高負荷的零件。此外，該體系合金鋼經過表面處理后還被應用于傳動齒輪以及石油勘探設備等對耐磨性和強度要求高的零件。

24CrNiMo低合金高強鋼零件的傳統加工方法包括鑄造、鍛壓、熱燒結、熱處理以及車削等加工步驟。傳統加工方法生產周期長、能源消耗嚴重且環境污染大。24CrNiMo合金鋼在不同的熱處理狀態下獲得的物相結構和力學性能有所區別，所以傳統加工工藝會根據成品零件對力學性能的要求，選擇不同的熱處理工藝。一般而言，重型機械設備中的偏心軸、曲軸以及凸輪軸等要求內韌外硬，所以芯部經過調質處理后，進行高溫或中溫回火處理，獲得韌性良好的粒狀貝氏體組織。傳統齒輪和石油勘探設備中牙輪鉆頭則需要零件具有較高的強度和硬度，所以24CrNiMo合金鋼鍛壓后一般經過調質加低溫回火得到強度較高的低碳馬氏體組織。

激光熔化沉積(Laser melting deposition)增材制造采用激光作為熱源熔化同步輸送的金屬粉末并且通過逐層堆積的方式實現金屬構件的增材制造。在增材制造過程中按照零件模型或程序可以精確地控制激光能量輸入、掃描路徑、掃描速度以及送粉量等工藝參數，實現自由成形制造復雜形狀金屬零件。激光熔化沉積相比傳統制造技術具有生產周期短、材料利用率高以及環境污染小的優點。目前，針對24CrNiMo合金鋼激光增材制造的研究主要集中在激光工藝參數對沉積零件缺陷數量的影響，通過改變激光熔化沉積過程中的沉積方法實現24CrNiMo合金鋼物相結構調控，目前尚沒有學者進行研究。根據24CrNiMo合金鋼加工工藝特點，其物相結構主要受奧氏體化溫度A3至室溫溫度之間的冷卻速率的影響，因此可在激光熔化沉積過程中通過改變沉積層的層間冷卻時間間隔獲得不同的冷卻速率，進而實現針對24CrNiMo合金鋼激光在激光增材過程中物相結構的實時調控。

發明內容

Cr-Ni-Mo系列低合金高強鋼經過鑄造、鍛壓、熱處理以及車削加工等傳統制備方法處理后被廣泛的應用于對強度和韌性要求極高的石油勘探領域的鉆頭、重型機械領域的齒輪部件、傳動軸以及高速鐵路領域的剎車盤等零部件。根據不同零部件對強度、耐磨性以及韌性等力學性能的需求針對鍛壓后的低合金高強鋼進行不同的熱處理，主要的熱處理工藝為調質處理。傳統加工方法中的調質處理存在加工周期長、人工成本高以及能源消耗嚴重等問題。本發明旨在通過變換激光熔化沉積方法改變24CrNiMo合金鋼沉積層凝固過程的最高溫度和冷卻速率，以此對24CrNiMo合金鋼物相結構和力學性能進行調控。與傳統加工方法相比，本發明方法省去復雜的熱處理工藝步驟，實現激光熔化沉積24CrNiMo合金鋼物相結構的實時調控，減少了能源消耗和人工成本，縮短了加工周期。此外，經過激光熔化沉積24CrNiMo合金鋼實時調控得到的物相結構和晶粒尺寸顯著小于傳統加工方法得到的物相結構和晶粒尺寸，顯著提高了合金鋼構件的力學性能。