[發明專利]增材制造的17-4PH材料及其快速熱處理工藝

有效

• 申請號: 202011449972.0
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112589117B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發明（設計）人: 鄒善方;劉睿誠;吳利蘋;鄧先科;張志霄;鐘林森
• 申請（專利權）人: 成都天齊增材智造有限責任公司
• 主分類號: B22F10/64
• 分類號: B22F10/64;B33Y40/20;B33Y70/00;C21D6/00;C22C38/00;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/42;C22C38/48;A61L27/04
• 代理公司: 成都希盛知識產權代理有限公司 51226
• 代理人: 楊冬;武森濤

本發明涉及金屬增材制造技術領域，公開了一種增材制造的17?4PH材料及其快速熱處理工藝。該快速熱處理工藝，依次包括如下步驟：a、固溶：在惰性氣體保護或者真空條件下，將增材制造成型的17?4PH材料在90～120min內，升溫到1000～1050℃，保溫30～60min；隨后200～300℃/h冷卻速度冷卻到400～450℃，最后以18～30℃/min的冷卻速率冷卻至室溫；b、時效：在惰性氣體保護下，經過固溶后的17?4PH材料，以110～130℃/min的升溫速率升溫至450～500℃，保溫120～180min，隨后以18～30℃/min的冷卻速率冷卻至室溫。本發明專門針對增材制造的17?4PH材料進行熱處理工藝上的改進，在保證17?4PH材料具有足夠高的抗拉強度以及屈服強度的情況下，較大幅度地提高了斷裂延伸率，使其滿足骨科修復用醫療器械的要求，同時有效縮短了耗時。

技術領域

本發明涉及金屬增材制造技術領域，尤其是一種增材制造的17-4PH材料及其快速熱處理工藝。

背景技術

由于增材制造(3D打印)技術具有個性化、定制化的特點，同時又能加工各種類型的金屬材料以及具有復雜結構的零件，因此為骨科修復提供了新的動力。

17-4PH醫用不銹鋼具有良好的強度和塑性，在骨科領域擁有廣泛的應用。17-4PH不銹鋼的化學成分通常包括：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％。傳統加工可以制作一些簡單結構的17-4PH醫療器械，但一些復雜結構，如多孔結構，傳統加工就無法制作，因此需要增材制造技術進行加工。根據骨科行業內采用的標準，骨科修復用醫療器械對17-4PH材料有著非常高的要求，不僅要具有一定的強度，還要有很好的延展性。而增材制造技術加工出的17-4PH件，內部應力較高，強度高、塑性差，這就需要對加工件進行熱處理，來改善性能。

目前針對傳統加工的17-4PH件的熱處理方式是有較多公開的。如公開號為CN1844415A的專利申請即公開了一種17-4PH鋼表面強化方法，對鍛造成形的17-4PH鋼進行熱處理，其包括預備熱處理和最終熱處理兩大步驟，在預備熱處理中依次通過退火、固溶+過時效處理以及穩定化處理，最終熱處理則依次通過表面固溶處理和表面時效處理，通過預備熱處理后的固溶+過時效處理，屈服強度≥750Mpa，抗拉強度≥850Mpa，截面回縮率≥60％，延伸率≥19％。此方法主要是針對鍛造成形的17-4PH鋼的熱處理方法，不過鍛造成形的零件本身就具有較為優良的機械性能。

又如公開號為CN108384927A的專利申請也公開了一種17-4PH材料的熱處理方法，其同樣包括固溶處理和時效處理，固溶處理是在真空條件下加熱至830-870℃保溫2-3小時候，再加熱至1030-1070℃保溫2-3小時，然后想爐內通入氮氣冷卻，時效處理是在真空條件下，加熱至480-600℃保溫4-5個小時候通入氮氣進行冷卻，其固溶處理兩個階段的加熱速度分別為80-100℃/h和50-80℃/h，冷卻速度為50-80℃/h，時效處理的加熱速度為50-80℃/h，冷卻速率為50-80℃/h，即時效處理的用時保守估算也在28小時以上，時效處理的用時保守估算也在15小時以上，整個熱處理過程耗時是十分長的。經過該熱處理方法后，可以將獲得屈服強度達到870～1120MPa，抗拉強度達到928～1164MPa，延伸率達到14.5～17.5％的17-4PH零件。

上述熱處理主要是針對傳統方式加工的17-4PH鋼，而由于增材制造技術加工出的17-4PH零件內部應力高、塑性差等特點，完全依照現有的17-4PH鋼熱處理方式難以達到骨科修復要求，此外，現有的17-4PH鋼熱處理方式還存在耗時過長的缺陷，會較大程度上降低整體的加工效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種增材制造的17-4PH材料及其快速熱處理工藝，可以大幅縮短熱處理時間，有效提高17-4PH材料的延伸率。