CN110788323A - 一种改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属激光增材制造领域，具体为一种改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，适用于各种合金钢构件激光增材制造耐磨耐冲击性能明显改善。首先采用与合金钢粉末相同粒度的Mo、TiC、B、Si、V、Cr、Ni等一种或两种以上粉末，通过球磨机均匀混合一定比例于合金钢粉末中，同时预热激光沉积基材，然后在真空手套箱中用同步送粉方法进行激光沉积，沉积过程中用一定流量的氩气覆盖激光沉积作用区，且利用感应加热维持基材，可实现沉积层组织致密且适时可控耐磨耐冲击的激光增材制造。本发明为提高合金钢构件增材制造耐磨耐冲击提供了高效可靠新型工艺方法，对激光增材制造合金钢构件及其激光表面改性方面具有重要意义。

Description

一种改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法
技术领域
本发明属于金属激光增材制造领域，具体为一种改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，适用于各种合金钢构件激光增材制造耐磨耐冲击性能明显改善。
背景技术
激光沉积增材制造是一种新的制造技术，以高功率激光作为热源，通过激光熔合同步输送的粉末、丝材等原材料，逐层熔化堆积而实现增材制造，实现任意复杂形状金属零件的成型制造。增材制造合金钢构件耐磨耐冲击性能一般较差，通常通过表面渗碳渗氮及相应热处理工艺来实现，但渗碳渗氮层较薄，只有几十到几百微米，在较为恶劣的工况下，零件耐磨层寿命较低，同时受零件尺寸形状等限制，热处理工艺操作较为困难，其中大型零件热处理可控制性较差，二者较为不经济性且环保可靠性较差。因此，研究和发明激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法对激光增材制造生产零件可靠性、环保性、经济性及生产效率等意义重大。
合金结构钢作为现代工业应用广泛的金属材料，主要用于制造尺寸较大、结构复杂的高性能构件。例如：核电应急柴油机凸轮轴、高铁列车制动盘、矿山机械及石化钻井等重点工程领域中大尺寸高性能结构零件。合金结构钢在各领域应用广泛，其中零件关于耐磨耐冲击性能的要求日益严格，耐磨耐冲击性将直接决定零件的有效使用寿命。
因此，激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，提高了生产效率和经济性，且零件有效使用寿命得到了较大程度延长，同时降低生产制造的污染浪费，实现合金钢构件耐磨耐冲击的增材制造适时可控性，即针对使用要求调整沉积层硬度和冲击韧性，对于我国关键零部件制造自主化具有重要的实用价值和理论意义。
发明内容
为了解决激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击较低问题，本发明的目的在于提供一种改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，通过合金钢粉末混合相同粒度的Mo、TiC、B、Si、V、Cr、Ni等一种或两种以上粉末进行激光沉积，沉积过程中采用感应加热保温基材，实现激光沉积合金结构钢构件表面良好的耐磨耐冲击性，且获得合金钢激光沉积组织致密且可控的适时耐磨耐冲击，切实提高钢结构件增材制造过程的可靠性经济性，同时降低能耗减少污染。
本发明的技术方案如下：
一种改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，该方法的工艺步骤如下：
采用相同粒度的合金结构钢粉末，以及Mo、TiC、B、Si、V、Cr、Ni之一种或两种以上粉末，通过球磨机均匀混合形成混合钢粉，干燥处理温度为80～150℃，干燥结束后，冷却至室温；根据沉积的合金结构钢粉末选择基材，基材与合金结构钢粉末具有润湿性和焊接性能，基材表面抛光后，预热到150～350℃；在真空手套箱环境中，采用同步送粉-激光沉积方式，选择激光光斑的光束在基材上进行激光沉积处理；在沉积过程中，利用感应加热保温使基材维持温度；同时，采用保护气体保护激光作用区，净化激光作用区并提高凝固速率。
所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，合金结构钢粉末的粒度在100～300目，球形度≥93％，氧含量≤500PPM。
所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，Mo、TiC、B、Si、V、Cr、Ni粉末的粒度为100～300目，球形度≥93％，化学成分纯度在99wt％以上，氧含量≤500PPM。
所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，Mo、TiC、B、Si、V、Cr、Ni一种或两种以上粉末占混合钢粉比例范围2.5～35wt％，混合钢粉总重量100％。
所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，干燥处理是将混合钢粉置于干燥箱中1.5小时以上。
所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，真空手套箱环境如下：H2O≤50PPM、O2≤50PPM。
所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，激光沉积的工艺参数如下：
激光连续辐照，激光功率为500～5000W，功率密度104～106W/cm2，扫描速度为5～20mm/s，搭接量为20％～70％，辐照光斑Φ2mm～Φ7mm；
送粉方式为同轴氩气或氮气送粉，送粉速度为5～35g/min，采用氩气保护，保护气流量为5～20L/min。
所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，激光沉积的激光器是光纤激光器、半导体激光器、CO2激光器或Nd:YAG激光器。
所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，根据基材温度时时调整基材温度，利用感应线圈加热保持基材温度在150～350℃。
所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，该方法处理的混合钢粉，激光沉积后组织均匀致密，无孔洞裂纹缺陷，表面硬度均在450HV0.3以上，芯部平均硬度在400HV0.3以上，冲击韧性在110J/cm2以上。
本发明的设计思想是：
本发明采用与合金钢粉末相同粒度的Mo、TiC、B、Si、V、Cr、Ni等一种或两种以上粉末，通过球磨机均匀混合一定比例于合金钢粉末中，预热激光沉积基材到一定温度，然后在真空手套箱中用同步送粉方法进行激光沉积，沉积过程中用一定流量的氩气覆盖激光沉积作用区，且利用感应加热维持基材一定温度，可实现沉积层组织致密且适时可控耐磨耐冲击的激光增材制造。
本发明首先保证混合粉末中主体粉末成分接近基材，既充分利用了混合粉末与基材的良好的润湿性和焊接性，又保证粉末成型层与基材热膨胀系数等接近有效地抑制裂纹产生；其次，通过混合粉末中的相应有效成分形成韧性相、耐磨相和强化相，进而增强沉积层的耐磨耐冲击性能，根据具体情况适时调整上述三相的形成成分及比例来混合粉末调整沉积层的耐磨性冲击韧性；最后，在经济方面混合粉末较硬质合金和钴基合金等粉末便宜很多，且焊接性能优于硬质合金等，利于寻求经济高效可靠方面增材制造粉末。本发明为提高合金钢构件增材制造耐磨耐冲击提供了高效可靠新型工艺方法，对激光增材制造合金钢构件及其激光表面改性方面具有重要意义。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明提供的一种改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，通过合金钢粉混入相同粒度的Mo、TiC、B、Si、V、Cr、Ni等一种或两种以上粉末进行激光增材制造，利用感应加热维持基材温度，提高激光沉积合金结构钢构件表面耐磨耐冲击性，且较其他工艺经济可靠、低碳环保，明显提高了零件有效使用寿命。为激光增材制造合金钢构件可控的适时耐磨耐冲击性方面制造提供解决方案。
2、采用本发明激光沉积在充分保证合金钢本身具有的组织和力学性能基础上，充分利用沉积层与基材良好润湿性的特点，可实现合金钢表面耐磨耐冲击性层的致密较厚的增材制造，从而进一步优化整个零件的力学性能。
3、本发明实现激光沉积合金结构钢组织较为致密，无孔洞、裂纹及夹杂物缺陷，并且可根据耐磨耐冲击需求调整粉末混合比例，在保证激光沉积层组织致密基础上，实现合金钢构件激光沉积层不同硬度和冲击韧性，实现结构钢构件有效可控的适时增材制造的高效经济性。
附图说明
图1为激光沉积合金结构钢混合粉末沉积层组织显微硬度(microhardness)曲线；图中，横坐标Distance代表至基体材料层表面的距离(mm)，纵坐标Hardness代表显微硬度(HV0.3)。其中，substrate为基体材料层，Deposited layer为混合粉沉积层。
图2为激光沉积合金结构钢基体材料层(substrate)和混合粉沉积层(depositedlayer)多组冲击韧性对比柱状图；图中，横坐标Group代表组，纵坐标Impact toughness代表冲击韧性(J/cm2)。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明采用一定粒度合金结构钢粉末、以及相同粒度的Mo、TiC、B、Si、V、Cr、Ni等一种或两种以上粉末，通过球磨机均匀混合一定比例于合金钢粉末中，干燥处理温度为80～150℃，干燥结束后，冷却至室温；根据沉积的合金结构钢粉末选择基材，基材与合金结构钢粉末具有较好的润湿性和良好焊接性能，基材表面抛光后，预热到150～350℃；在真空手套箱环境中，采用同步送粉-激光沉积方式，选择一种光斑的光束在基材上进行激光沉积处理；在沉积过程中，利用感应加热保温使基材维持温度；同时，采用保护气体保护激光作用区，净化激光作用区并提高凝固速率，实现沉积合金结构钢内部组织较为致密的增材制造，零件有效使用寿命得到了延长，可有效控制合金钢构件不同耐磨耐冲击需求的激光增材制造。
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例中，激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，具体步骤如下：
1、合金结构钢粉末在100～200目，球形度95％，氧含量300PPM；其中，合金结构钢粉末的合金牌号为12CrNi2。
2、混合粉末及比例15wt％Mo、1.5wt％B、2.5wt％Si、7wt％V、4wt％Ni，其余为12CrNi2粉末。Mo、B、Si、V、Ni粉末的粒度与合金结构钢粉末的粒度相同，球形度95％，化学成分纯度在99wt％以上，氧含量300PPM。
3、合金结构钢粉末干燥处理：温度150℃×1.5h。
4、沉积基材：12CrNi2合金结构钢。
5、沉积基材预热温度：250℃。
6、激光沉积真空手套箱环境：H2O、O2含量均为30PPM。
7、激光沉积层尺寸：350×300×60mm的长方体。
8、激光沉积的工艺参数：激光连续辐照，激光功率为2100W，功率密度105W/cm2，扫描速度为12mm/s，搭接量为50％，辐照光斑Φ3mm，激光同轴氩气送粉，送粉速度9.5g/min，采用氩气保护，保护气流量为13L/min。
9、基材保温温度：利用感应线圈加热保持基材温度在250℃；
10、激光器：3000W的光纤激光器。
本实施例中，通过以上方法处理的合金结构钢粉末，激光沉积后组织致密，未见明显缺陷存在，形状控制良好，平面度为0.5mm，表面硬度均在560HV0.3以上，芯部平均硬度达到536HV0.3，12CrNi2基材平均硬度231HV0.3，沉积层冲击韧性达到137J/cm2。
如图1所示，从激光沉积合金结构钢内部组织硬度看出，沉积各层的组织硬度较为一致，沉积层硬度明显高于基材。
如图2所示，从激光沉积合金结构钢基体材料和混合粉末3组冲击韧性对比图看出，混合粉末沉积层冲击韧性远远大于基体材料。
实施例2
本实施例中，激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，具体步骤如下：
1、合金结构钢粒度在100～250目，球形度93％，氧含量200PPM；其中，合金结构钢粉末的合金牌号为24CrNiMo。
2、混合粉末及比例10wt％Mo、5.5wt％Cr、5wt％V、2.0wt％Si，其余为24CrNiMo粉末。Mo、Cr、V、Si粉末的粒度与合金结构钢粉末的粒度相同，球形度93％，化学成分纯度在99wt％以上，氧含量200PPM。
3、合金结构钢粉末干燥处理：温度200℃×1.5h。
4、沉积基材：24CrNiMo合金结构钢。
5、沉积基材预热温度：250℃。
6、激光沉积真空手套箱环境：H2O、O2含量均为20PPM。
7、激光沉积层尺寸：280×250×80mm的长方体。
8、激光沉积的工艺参数：激光连续辐照，激光功率为2600W，功率密度4×104W/cm2，扫描速度为15mm/s，搭接量为35％，辐照光斑Φ4.5mm，激光同轴氩气送粉，送粉速度12.5g/min，采用氩气保护，保护气流量为13L/min。
9、基材保温温度：利用感应线圈加热保持基材温度在200℃；
10、激光器：4000W的半导体激光器。
本实施例中，通过以上方法处理的合金结构钢粉末，激光沉积后组织均匀一致，未见明显缺陷存在，形状控制良好，平面度为0.7mm；表面硬度均在470HV0.3以上，芯部硬度达到440HV0.3，24CrNiMo基材平均硬度270HV0.3，沉积层冲击韧性达到179J/cm2。
实施例3
本实施例中，激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，具体步骤如下：
1、合金结构钢粉末粒度在100～270目，球形度95％，氧含量400PPM；其中，合金结构钢粉末的合金牌号为12CrNiMoV。
2、合金结构钢粉末干燥处理：温度200℃×2h。
3、混合粉末及比例7.5wt％Mo、1.2wt％B、8.5wt％Ni，其余为12CrNiMoV粉末。Mo、B、Ni粉末的粒度与合金结构钢粉末的粒度相同，球形度95％，化学成分纯度在99wt％以上，氧含量400PPM。
4、沉积基材：12CrNi2合金结构钢。
5、沉积基材预热温度：200℃。
6、激光沉积真空手套箱环境：H2O、O2含量均为50PPM。
7、激光沉积层尺寸：350×220×75mm的长方体。
8、激光沉积的工艺参数：激光连续辐照，激光功率为1800W，功率密度2×105W/cm2，扫描速度为8mm/s，搭接量为45％，辐照光斑Φ2.5mm，激光同轴氩气送粉，送粉速度7.6g/min，采用氩气保护，保护气流量为12L/min。
9、基材保温温度：利用感应线圈加热保持基材温度在250℃。
10、激光器：4000W的CO2激光器。
本实施例中，通过以上方法处理的合金结构钢粉末，激光沉积后组织均匀一致，未见明显缺陷存在，形状控制良好，平面度为0.6mm；表面硬度均在460HV0.3以上，芯部硬度达到445HV0.3，12CrNi2基材平均硬度240HV0.3，沉积层冲击韧性达到162J/cm2。
实施例4
本实施例中，激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，具体步骤如下：
1、合金结构钢粉末粒度在100～200目，球形度96％，氧含量250PPM；其中，合金结构钢粉末的合金牌号为20CrNiMo。
2、合金结构钢粉末干燥处理：温度180℃×1.5h。
3、混合粉末及比例5.5wt％Mo、1.0wt％TiC、1.5wt％B、2.5wt％Si、8wt％Ni、5.5wt％V，其余为20CrNiMo粉末。Mo、TiC、B、Si、Ni、V粉末的粒度与合金结构钢粉末的粒度相同，球形度96％，化学成分纯度在99wt％以上，氧含量250PPM。
4、沉积基材：20CrNiMo合金结构钢。
5、沉积基材预热温度：300℃。
6、激光沉积真空手套箱环境：H2O、O2含量均为30PPM。
7、激光沉积尺寸：450×350×65mm的长方体。
8、激光沉积的工艺参数：激光连续辐照，激光功率为4500W，功率密度3×105W/cm2，扫描速度为15mm/s，搭接量为55％，辐照矩形光斑4×5.5mm，激光同轴氩气送粉，送粉速度15.6g/min，采用氩气保护，保护气流量为15L/min。
9、基材保温温度：利用感应线圈加热保持基材温度在250℃。
10、激光器：6000W的CO2光纤激光器。
本实施例中，通过以上方法处理的合金结构钢粉末，激光沉积后组织均匀一致，未见明显缺陷存在，形状控制良好，平面度为0.35mm；表面硬度均在670HV0.3以上，芯部硬度达到650HV0.3，20CrNiMo基材平均硬度235HV0.3，沉积层冲击韧性达到175J/cm2。
实施例结果表明，本发明提供一种改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击性的方法，在保持沉积层良好沉积合金结构钢内部组织致密、无沉积孔洞夹杂等缺陷产生，沉积表面平整性良好，实现合金钢构件耐磨耐冲击的增材制造适时可控性，完成零件使用寿命的有效延长，为激光增材制造合金钢结构件耐磨耐冲击沉积制造提供解决方案。

Claims (10)

1.一种改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，其特征在于，该方法的工艺步骤如下：
采用相同粒度的合金结构钢粉末，以及Mo、TiC、B、Si、V、Cr、Ni之一种或两种以上粉末，通过球磨机均匀混合形成混合钢粉，干燥处理温度为80～150℃，干燥结束后，冷却至室温；根据沉积的合金结构钢粉末选择基材，基材与合金结构钢粉末具有润湿性和焊接性能，基材表面抛光后，预热到150～350℃；在真空手套箱环境中，采用同步送粉-激光沉积方式，选择激光光斑的光束在基材上进行激光沉积处理；在沉积过程中，利用感应加热保温使基材维持温度；同时，采用保护气体保护激光作用区，净化激光作用区并提高凝固速率。
2.根据权利要求1所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，其特征在于，合金结构钢粉末的粒度在100～300目，球形度≥93％，氧含量≤500PPM。
3.根据权利要求1所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，其特征在于，Mo、TiC、B、Si、V、Cr、Ni粉末的粒度为100～300目，球形度≥93％，化学成分纯度在99wt％以上，氧含量≤500PPM。
4.根据权利要求1所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，其特征在于，Mo、TiC、B、Si、V、Cr、Ni一种或两种以上粉末占混合钢粉比例范围2.5～35wt％，混合钢粉总重量100％。
5.根据权利要求1所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，其特征在于，干燥处理是将混合钢粉置于干燥箱中1.5小时以上。
6.根据权利要求1所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，其特征在于，真空手套箱环境如下：H2O≤50PPM、O2≤50PPM。
7.根据权利要求1所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，其特征在于，激光沉积的工艺参数如下：
激光连续辐照，激光功率为500～5000W，功率密度104～106W/cm2，扫描速度为5～20mm/s，搭接量为20％～70％，辐照光斑Φ2mm～Φ7mm；
送粉方式为同轴氩气或氮气送粉，送粉速度为5～35g/min，采用氩气保护，保护气流量为5～20L/min。
8.根据权利要求1或7所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，其特征在于，激光沉积的激光器是光纤激光器、半导体激光器、CO2激光器或Nd:YAG激光器。
9.根据权利要求1所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，其特征在于，根据基材温度时时调整基材温度，利用感应线圈加热保持基材温度在150～350℃。
10.根据权利要求1所述的改善激光增材制造合金钢构件耐磨耐冲击的方法，其特征在于，该方法处理的混合钢粉，激光沉积后组织均匀致密，无孔洞裂纹缺陷，表面硬度均在450HV0.3以上，芯部平均硬度在400HV0.3以上，冲击韧性在110J/cm2以上。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113245559A (zh) * 2021-06-22 2021-08-13 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种高碳-高强梯度钢构件激光增材制造方法
CN113275597A (zh) * 2021-07-25 2021-08-20 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种金属增材融合制造构件细晶组织控制方法
CN114535611A (zh) * 2021-12-27 2022-05-27 江苏亚威创科源激光装备有限公司 一种激光抛光-激光增材复合的增材制造方法
CN114653952A (zh) * 2020-12-23 2022-06-24 鑫精合激光科技发展（北京）有限公司 一种钩件制造方法
CN115026305A (zh) * 2022-05-20 2022-09-09 华南理工大学 一种4Cr5Mo2SiV模具钢的增材制造方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5964738A (ja) * 1982-10-01 1984-04-12 Hitachi Metals Ltd 粉末法による高硬度非磁性時効硬化形オ−ステナイト鋼の製造方法
WO1999010120A1 (en) * 1997-08-22 1999-03-04 Inframat Corporation Grain growth inhibitor for nanostructured materials
DE102007056259A1 (de) * 2007-11-21 2009-06-04 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Laserschmelz- oder Sinterverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke
CN106399863A (zh) * 2016-12-03 2017-02-15 东北大学 激光增材24CrNiMoRe合金钢粉末及制备方法
CN107175330A (zh) * 2017-06-07 2017-09-19 东北大学 一种激光增材制造12CrNi2合金钢的方法
CN107574338A (zh) * 2017-08-30 2018-01-12 西安铂力特增材技术股份有限公司 一种用于增材制造的铝基复合粉体材料及其制备方法
CN109402625A (zh) * 2017-08-17 2019-03-01 中国科学院金属研究所 一种合金结构钢激光沉积孔洞消除方法
CN110340344A (zh) * 2018-04-08 2019-10-18 中国科学院金属研究所 一种提高激光增材制造合金钢粉末利用率的方法
CN110465657A (zh) * 2018-05-09 2019-11-19 中国科学院金属研究所 一种激光增材制造合金钢的控形沉积方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5964738A (ja) * 1982-10-01 1984-04-12 Hitachi Metals Ltd 粉末法による高硬度非磁性時効硬化形オ−ステナイト鋼の製造方法
WO1999010120A1 (en) * 1997-08-22 1999-03-04 Inframat Corporation Grain growth inhibitor for nanostructured materials
DE102007056259A1 (de) * 2007-11-21 2009-06-04 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Laserschmelz- oder Sinterverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke
CN106399863A (zh) * 2016-12-03 2017-02-15 东北大学 激光增材24CrNiMoRe合金钢粉末及制备方法
CN107175330A (zh) * 2017-06-07 2017-09-19 东北大学 一种激光增材制造12CrNi2合金钢的方法
CN109402625A (zh) * 2017-08-17 2019-03-01 中国科学院金属研究所 一种合金结构钢激光沉积孔洞消除方法
CN107574338A (zh) * 2017-08-30 2018-01-12 西安铂力特增材技术股份有限公司 一种用于增材制造的铝基复合粉体材料及其制备方法
CN110340344A (zh) * 2018-04-08 2019-10-18 中国科学院金属研究所 一种提高激光增材制造合金钢粉末利用率的方法
CN110465657A (zh) * 2018-05-09 2019-11-19 中国科学院金属研究所 一种激光增材制造合金钢的控形沉积方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114653952A (zh) * 2020-12-23 2022-06-24 鑫精合激光科技发展（北京）有限公司 一种钩件制造方法
CN113245559A (zh) * 2021-06-22 2021-08-13 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种高碳-高强梯度钢构件激光增材制造方法
CN113245559B (zh) * 2021-06-22 2021-09-21 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种高碳-高强梯度钢构件激光增材制造方法
CN113275597A (zh) * 2021-07-25 2021-08-20 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种金属增材融合制造构件细晶组织控制方法
CN113275597B (zh) * 2021-07-25 2021-10-29 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种金属增材融合制造构件细晶组织控制方法
CN114535611A (zh) * 2021-12-27 2022-05-27 江苏亚威创科源激光装备有限公司 一种激光抛光-激光增材复合的增材制造方法
CN115026305A (zh) * 2022-05-20 2022-09-09 华南理工大学 一种4Cr5Mo2SiV模具钢的增材制造方法

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