CN108480642A - 一种激光增材制造12CrNi2高性能合金钢的热等静压及热处理方法 - Google Patents

一种激光增材制造12CrNi2高性能合金钢的热等静压及热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种激光增材制造12CrNi2高性能合金钢的热等静压及热处理方法，属于增材制造技术领域。本发明所述方法包括热等静压步骤和热处理步骤；所述热等静压步骤为：在100‑200MPa压力下，将沉积态样品820‑880℃保温2‑6h后，以10‑20℃/min冷却至300‑400℃开始降压。本发明实现了结构复杂的合金钢零件一次成形，后续加工余量小、周期短、材料节约、成本低，满足了产品数量少结构复杂的生产需要，同时在增材制造的基础上通过热等静压及热处理又改善了其中的缺陷，提高了材料的强度、硬度等性能。

Description

一种激光增材制造12CrNi2高性能合金钢的热等静压及热处 理方法
技术领域
本发明涉及一种激光增材制造12CrNi2高性能合金钢的热等静压及热处理方法，属于增材制造技术领域。
背景技术
我国核电事业近年来发展迅猛，核电安全问题更是引起了大家的广泛重视，核电站应急柴油发电机是核电站的应急电源，保证在意外断电的情况下可以快速启动，保证核电站的运行不受到影响。柴油发电机的曲轴结构复杂，且不用于大批量生产，因此采用激光增材制造结合热等静压及其后热处理的方法制造。目前诸多高端合金钢零件存在结构复杂，且不用于大批量生产的问题，传统的铸造方法成本高，资源浪费，对于这一问题提出采用激光增材制造结合热等静压及其相关后热处理的方法，代替传统的铸造方法来完成特殊零件的成形。
增材制造成形后可能局部存在气孔等缺陷，因此采用热等静压后处理的方法，改善组织提高性能。热等静压可以改善组织内部的缺陷，消除内部封闭的气孔，使组织均匀致密，提高塑性。在保证组织致密机械性能优异的前提下应尽量减少热等静压的时间以降低成本。
金属零件热等静压后组织均匀致密无缺陷，热等静压后对其进行金属热处理，通过固态相变改善内部组织结构，在保证原有优势性能的前提下，使其他力学性能得到提高。热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，制定合理的热处理工艺是保证性能的关键。
发明内容
本发明通过调整热等静压的温度、压力、时间、冷却速度以及热处理的温度、时间、冷却方式等，在保证激光增材制造原有优势的前提下，提高其强度、硬度及塑性。
本发明提供了一种激光增材制造12CrNi2高性能合金钢的热等静压及热处理方法，其特征在于：所述方法包括热等静压步骤和热处理步骤；
所述热等静压步骤为：在100-200MPa压力下，将沉积态样品820-880℃保温2-6h后，以10-20℃/min冷却至300-400℃开始降压。
本发明优选为所述沉积态样品的晶粒尺寸为3-5μm。
本发明优选为所述沉积态样品的致密度＞97％。
本发明优选为所述沉积态样品的尺寸为100mm×20mm×15mm。
本发明优选为所述沉积态样品的显微组织为铁素体和贝氏体。
本发明优选为所述热处理步骤为：将热等静压步骤所得产品先固溶处理850-870℃保温5-20min后油淬冷却至室温，再回火200-400℃保温5-20min，出炉空冷。
本发明优选为所述热处理步骤样品的尺寸为90mm×9mm×1.2mm。
本发明有益效果为：
本发明实现了结构复杂的合金钢零件一次成形，后续加工余量小、周期短、材料节约、成本低，满足了产品数量少结构复杂的生产需要，同时在增材制造的基础上通过热等静压及热处理又改善了其中的缺陷，提高了材料的强度、硬度等性能。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述沉积态样品的晶粒尺寸为3-5μm、沉积态样品的尺寸为100mm×20mm×15mm，经检测，沉积态样品致密度98.2％，显微硬度224.1HV，屈服强度736.6MPa，抗拉强度767.0MPa，延伸率15.6％，显微组织为铁素体和贝氏体。
下述热处理步骤样品的尺寸为90mm×9mm×1.2mm。
实施例1
一种激光增材制造12CrNi2高性能合金钢的热等静压及热处理方法，所述方法包括如下步骤：
热等静压步骤：
根据合金钢的相转变点温度及沉积态的晶粒尺寸、致密度、样品尺寸、显微组织确定热等静压工艺，在选择热等静压温度时，根据合金钢的相转变点温度结合沉积态的显微组织，选择在相变点以上适当的温度，在加热的过程中发生转变，12CrNi2合金钢加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度Ac1点为757.64℃，加热时先共析铁素体全部溶于奥氏体终了温度Ac3点为822.65℃，选择在820-880℃即可，根据沉积态的晶粒尺寸及沉积态的尺寸，合理选择保温时间，使相变完成且晶粒不会过多长大，压力对于组织的影响不明显，在100-200MPa范围内，冷却速度10-20℃/min；
本实施例所述热等静压工艺为：在120MPa压力下，将沉积态样品820℃保温2h后，以15℃/min冷却至350℃开始降压；
经检测，热等静压步骤所得产品的致密度99.0％，显微硬度132.6HV，屈服强度334.4MPa，抗拉强度476.2MPa，延伸率26.5％，显微组织为铁素体和珠光，珠光体组织约占27.8％。
热处理步骤：
根据钢的固态相变，亚共析钢淬火温度选在850-870℃，回火选择低温回火，淬火和回火的保温时间可以根据热处理步骤样品尺寸来确定，选用油淬，油淬冷却速度较水淬慢，可以获得较好的延伸性。
本实施例所述热处理步骤为：将热等静压步骤所得产品先固溶处理850℃保温10min后油淬冷却至室温，再回火300℃保温10min，出炉空冷；
经检测，显微硬度329.9HV，屈服强度1060.2MPa，抗拉强度1178.4MPa，延伸率7.5％，显微组织为回火马氏体。
经高强韧化处理后的12CrNi2合金钢强度提高53.6％，硬度提高47.2％，致密度提高0.8％，并且同时具备了良好的强度和塑韧性等综合力学性能。

Claims (7)

1.一种激光增材制造12CrNi2高性能合金钢的热等静压及热处理方法，其特征在于：所述方法包括热等静压步骤和热处理步骤；
所述热等静压步骤为：在100-200MPa压力下，将沉积态样品820-880℃保温2-6h后，以10-20℃/min冷却至300-400℃开始降压。
2.根据权利要求1所述的热等静压及热处理方法，其特征在于：所述沉积态样品的晶粒尺寸为3-5μm。
3.根据权利要求2所述的热等静压及热处理方法，其特征在于：所述沉积态样品的致密度＞97％。
4.根据权利要求3所述的热等静压及热处理方法，其特征在于：所述沉积态样品的尺寸为100mm×20mm×15mm。
5.根据权利要求4所述的热等静压及热处理方法，其特征在于：所述沉积态样品的显微组织为铁素体和贝氏体。
6.根据权利要求5所述的热等静压及热处理方法，其特征在于：所述热处理步骤为：将热等静压步骤所得产品先固溶处理850-870℃保温5-20min后油淬冷却至室温，再回火200-400℃保温5-20min，出炉空冷。
7.根据权利要求6所述的热等静压及热处理方法，其特征在于：所述热处理步骤样品的尺寸为90mm×9mm×1.2mm。
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