[發明專利]一種利用絲材多熱源加熱制造高硬抗沖擊結構的方法

有效

• 申請號: 202110372997.3
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113118603B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 馮曰海;韓豪;王克鴻;黃俊;周琦;張德庫;夏杰
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23K10/02
• 分類號: B23K10/02;B23K9/04;B23K9/32
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

本發明公開了一種利用絲材多熱源加熱制造高硬抗沖擊結構的方法，該高硬抗沖擊結構是采用非熔化極電弧(等離子電弧)熔化制備的。具體是由高氮鋼絲材和鐵基碳化鎢絲材按一定的送絲速度比采用非熔化極電弧同時熔化制成，其碳化鎢質量分數為5.0～20.0％。該方法制備的高硬抗沖擊結構的維氏硬度達到370～450HV，動態屈服應力達到1400～1700MPa。其維氏硬度均超過純高氮鋼絲材的320HV；其動態屈服應力均超過高氮鋼絲材熔敷金屬的1150MPa。采用電弧熔化二種絲材的方式制備全新高硬抗沖擊結構，同時使制造高硬抗沖擊材質的結構件更為方便快捷。

技術領域

本發明屬于電弧增材制造技術領域，具體是一種利用絲材多熱源加熱制造高硬抗沖擊結構的方法。

背景技術

高氮鋼使用氮代替鎳作為主要奧氏體元素，與常規不銹鋼相比，其具有高強高硬與高耐腐蝕性等優點，在生物醫療、海洋工程和軍工裝備等領域有著良好的應用前景。高氮鋼的硬度和動態力學性能提高存在著明顯的瓶頸，而鐵基碳化鎢為進一步增強其性能提供了新的思路和選擇。

專利《一種性能優異的高N奧氏體不銹鋼中厚板及其制造方法》(申請號201910821769.2)公開了一種高氮鋼制造方法，該高強鋼對原材料添加特定元素進行電路煉鋼和連鑄，而后進行軋制、熱處理等工藝，該方法流程繁雜，且難以保證金屬元素的稀釋率，另外鑄件內部存在無法避免的缺陷(如氣孔、夾雜)，設備成本較高；專利《一種高氮無磁不銹鋼及其制造方法》(申請201811401175.8)公開了一種高氮無磁不銹鋼的制備方法，該方法主要步驟為非真空感應熔煉,電渣重熔,開坯鍛造,終鍛成型鍛造以及水冷處理。該方法可通過控制N元素的質量百分比保證高氮無磁不銹鋼的耐局部腐蝕性能，但其制造工序同樣較為復雜，工藝成本過高，周期較長。

發明內容

鑒于以上現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種利用鐵基粉芯絲材多熱源階段加熱制造高硬抗沖擊結構的制備方法，在保證純高氮鋼具有耐腐蝕性能的前提下，其動態屈服應力達到1400～1700MPa，維氏硬度達到370～450HV。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種利用絲材多熱源加熱制造高硬抗沖擊結構的方法，該高硬抗沖擊結構是先使用石墨板對基板加熱，再使用電弧加熱熔化一定送絲速度比的高氮鋼絲材和鐵基碳化鎢絲材，于堆敷層間對樣件進行氣罐噴槍環繞加熱，堆敷后使用石墨板對基板和樣件再加熱所進行制造的，加熱電弧為等離子電弧；所述的鐵基碳化鎢-高氮鋼材料中，其碳化鎢質量分數為5.0～20.0％。

進一步的，高氮鋼絲材的直徑為0.8mm、1.0mm或1.2mm，鐵基碳化鎢絲材的直徑1.6mm、1.8mm或2.0mm。

進一步的，高氮鋼絲材主要成分質量分數如下：Mn含量17.47％，Cr含量20.82％，Mo含量3.62％，N含量0.81％，余量主要為Fe；鐵基碳化鎢絲材主要成分質量分數為：WC含量45％，Cr含量18％，余量主要為Fe。

進一步的，利用絲材多熱源加熱制造高硬抗沖擊結構的方法，包括以下具體步驟如下：

1)使用石墨板加熱不銹鋼基板達到預設溫度；

2)預設工藝參數：包括根據等離子電弧設定堆敷電流、堆敷速度、離子氣和保護氣流量，設定二種絲材送絲速度；

3)控制焊槍距離工件高度，在不銹鋼基板上起弧后，利用電弧加熱，將高氮鋼絲材和鐵基碳化鎢絲材同時送至電弧下熔化，按照預設機器人行走軌跡堆敷樣件第一層；

4)使用氣罐噴槍加熱上一層堆敷層，調節氣壓控制氣焰強度，調整層間溫度達到期望值，樣件旋轉180°后，從上一層熄弧處附近開始堆敷下一層；

5)重復步驟4)，直至達到預設尺寸要求后停止堆敷。

6)使用石墨板加熱基板和堆敷樣件，維持預設溫度一定時間，并使用保溫棉覆蓋使其冷卻至室溫。