CN111618301B - 一种激光选区熔化制备中碳钢的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光选区熔化制备中碳钢的工艺，属于增材制造技术领域。首先，通过等离子旋转电极雾化法制备45#钢粉末，打印前对粉末进行干燥预处理；然后，采用建模软件设计三维打印模型，经切片软件切片后，采用激光选区熔化技术对45#钢粉末成形，用线切割将成形件从基板上取下并进行表面处理，并测定其致密度。本发明提供的制备方法具有制备流程短、可以实现任意复杂几何形状构件的结构功能一体化制备的优点，通过本发明选择的工艺方法成功制备出致密度高、组织细小、结构复杂、力学性能优异的45#钢构件。

Description

一种激光选区熔化制备中碳钢的工艺
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种激光选区熔化制备中碳钢的 工艺。
背景技术
45#钢属于常用的中碳调质结构钢，由于其硬度不高易切削加工，广泛用作 轴类及模具等重要的结构零件。为发挥其优异的机械性能，一般需对其进行淬 火处理，但45#钢的淬火性能不好，易开裂，强度提升有限。激光选区熔化增 材制造技术(SLM)是通过高能激光束逐层熔化金属粉末，可以快速制造出高性 能复杂形状的构件。该技术解决了45#钢传统制造技术复杂的难题，同时其成 形精度高、强度优异以及部件一体成形效果好，大大缩短了生产周期，提高了 材料利用率。
激光选区熔化增材制造时冷却速率快，产生的热应力会使具有脆性结构马 氏体的碳素结构钢破裂。因此，寻求一种最佳打印工艺参数以生产无裂纹，高 致密样品是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对现有的技术问题，本发明提供一种激光选区熔化制备中碳钢的工艺， 通过本发明制备的构件无裂纹，致密度高且具有优异的机械性能。
本发明的技术方案是：一种激光选区熔化制备中碳钢的工艺，包括以下步 骤：
步骤1：首先，用等离子旋转电极雾化法制备45#钢粉末；
步骤2：将步骤1中制得的45#钢粉末进行筛分，并对其进行干燥预处理；
步骤3：采用激光选区熔化技术对步骤2处理后的金属粉成形加工后，具 体过程为：
(1)预先利用Unigraphic软件设计出三维圆柱模型，再采用切分软件将模 型分层切片，并将程序文件导入3D打印机设备中，其中，圆柱试样规格为 Φ6×10mm-Φ12×10mm，多孔试样规格为24mm×24mm×24mm，其点阵结构为 F2CCZ；
(2)将45#钢粉末装填进粉料缸，铺粉辊在基板上先均匀铺设一层粉末， 通过预置的激光扫描路径对第一层粉末进行5次曝光，确保熔化成形粉末与基 板有效结合，扫描路径采用45°棋盘式扫描策略逐层对粉末进行快速成型，缓 解成形过程中应力集中现象，提高零件成形质量，接着逐层铺粉，逐层熔化直 至模型成形，得到成形件；
(3)再用线切割机床将成形件从基板上取下；
步骤4：对步骤3得到的成形件进行表面处理；
步骤5：对步骤4处理后的成形件进行致密度测定，并采用光学显微镜进 行观测，最后利用ImageJ 1.52a软件评估。
进一步地，所述步骤1中45#钢粉末的化学成分按质量百分数计，主要包 括：C含量为0.43％，Mn含量为0.58％，Cr含量为0.25％，Ni含量为0.24％， Si含量为0.18％，余量为Fe，且45#钢粉末的松装密度为4.52g/cm3，振实密度 为4.88g/cm3。
进一步地，所述步骤1中，利用等离子旋转电极雾化法制备45#钢粉末的 具体过程为：
S1：用车床加工符合等离子旋转电极雾化法要求的棒材坯料；
S2：将步骤S1得到的棒材坯料置于雾化制粉设备内，并进行预抽真空处理， 当雾化室内真空度为5×10-3-8×10-3Pa时，向雾化室内充入惰性气体和金属盐粉 体混合体，其中，惰性气体为氩气和氦气混合气，金属盐粉体为NaCl粉体，通 过向惰性保护气体中添加固体粉末，增加其气流冲击定量，使制备的粉体粒径 更小，满足使用要求，提高棒材坯料的利用率；
S3：用等离子体炬加热熔化高速旋转的棒材坯料，最后，将熔化后液滴冷 却即可得到45#钢粉末；其中，等离子弧电流1500-2000A，电压为150-200V， 金属电极转速为12000-15500r/min。
进一步地，所述步骤2中干燥预处理是在加热温度为120℃的加热炉中进 行两小时的粉末烘干，能够降低粉末中的水分，避免杂质元素的影响，同时， 干燥的粉末也便于在后续打印过程中铺粉的均匀性，粉末粒度为30-70μm，室 温下粉末流动性为16.90s/50g。
进一步地，所述步骤3中激光选区熔化技术的工艺参数为：光纤激光功率 为100W，扫描速度为200-650mm/s，扫描间距为50μm，光斑直径为40μm， 铺粉层厚为30-50μm。
进一步地，所述步骤(2)中，将45#钢粉末装填进粉料缸前，需对粉料缸 充入氮气保护气氛，确保粉料缸内空气氧含量不超过0.6％。
进一步地，所述步骤4表面处理为对成形件依次在#400、#800、#1000、 #2000、#3000的砂纸上进行打磨，再用抛光剂对其抛光，由于成形件表面粗糙 度较低，选择400粗磨，磨至3000，可形成光亮的金相面。
进一步地，所述步骤2中对45#钢粉末筛分时采用筛分装置进行，且所述 筛分装置包括：上端设有添加口且底端设有底座和出粉口的筛分箱体、水平设 于所述筛分箱体内的弧形初滤板、设于筛分箱体内且位于所述弧形初滤板正下 端以及中心处设有超声波发生器的筛分盘，所述出粉口处设有电磁阀，筛分箱 体侧壁且位于所述弧形初滤板处铰接有排料盖，筛分箱体侧壁且位于筛分盘处 设有箱门，所述弧形初滤板的弧形边上均匀设有多个滤料凸起，且每个所述滤 料凸起内设有微型加强杆，对45#钢粉末进行筛分时，将45#钢粉末经添加口添 加至筛分箱体内，且落于弧形初滤板，此时，45#钢粉末从弧形初滤板的中心向 弧形边左右两侧滑落，在上述滑落过程中，经过多个滤料凸起的阻碍作用，使 45#钢粉末中形状规则的粉末能够充分通过弧形初滤板落至筛分盘内，避免原料 的浪费，不能通过弧形初滤板的不规则形状的45#钢粉末经排料盖排出，当粉 末落至筛分盘内后，启动超声波发生器，利用超声波发生器对筛分盘产生振动， 从而对粉末进行过滤，满足要求的粉末经出粉口排出，不满足要求的粉末经箱 门排出，通过上述过程，使45#钢粉末原料能够充分筛分，且可将不规则形状 的45#钢粉末筛离，一方面，避免其对筛分盘造成破坏，另一方面，可避免不 规则的45#钢粉末降低制备的中碳钢部件的力学性能。
更进一步地，对所述步骤3中的成形件进行退火处理，退火处理的具体过 程为：首先，利用乙醇溶剂对成形件表面进行清洗处理，并烘干；其次，将上 述清洗后的成形件置于真空炉中，以5-10℃/min的升温速率升温至退火温度， 保温3-4h，最后随炉冷却，其中，退火温度为200-220℃，通过对成形件进行 退火处理，可提高成形件的硬度和韧性、消除内部应力。
本发明的有益效果是：本发明提供一种激光选区熔化制备中碳钢的工艺， 具备以下的优点：
(1)通过本发明制备的45#钢无裂纹，致密度高且具有优异的机械性能， 其抗拉强度≥1378MPa，屈服强度≥1100MPa。
(2)本发明利用激光增材制造技术，并选择通过PREP法制备的45#钢粉 末，调整优化激光工艺参数最后制备得到45#钢构件，通过本发明成功打印出 高致密度样品，最高可达98.89％，且整个过程工艺简单、生产流程短，并节约 了原料。
(3)本发明提供的制备方法具有制备流程短、可以实现任意复杂几何形状 构件的结构功能一体化制备的优点，通过本发明选择的工艺方法成功制备出致 密度高、组织细小、结构复杂、力学性能优异的45#钢构件。
(4)本发明在对45#钢粉末进行激光选区熔化时，对首层粉末进行充分曝 光，确保熔化成形粉末与基板有效结合，扫描路径采用45°棋盘式扫描策略逐 层对粉末进行快速成型，缓解成形过程中应力集中现象，提高零件成形质量。
(5)本发明利用等离子旋转电极雾化法制备45#钢粉末时，通过向惰性气 体中混合金属盐固体粉末，增加其气流冲击定量，使制备的粉体粒径更小，满 足超细粒径粉末的使用要求，提高材料的利用率。
附图说明
图1为本发明通过旋转电极生产的45#钢粉末SEM图；
图2为本发明的实施例1激光选区熔化制备的45#钢OM图；
其中，图2中的四幅图分别对应的是扫描速度为200mm/s、300mm/s、 400mm/s、500mm/s时制备的45#钢成形件的金相图；
图3为本发明的实施例2激光选区熔化制备的45#钢OM图；
其中，图3中的四幅图分别对应的是扫描速度为200mm/s、300mm/s、 400mm/s、500mm/s时制备的45#钢成形件的金相图；
图4为本发明的实施例3激光选区熔化制备的45#钢OM图；
其中，图4中的四幅图分别对应的是扫描速度为200mm/s、300mm/s、 400mm/s、500mm/s时制备的45#钢成形件的金相图；
图5为本发明的实施例4激光选区熔化制备的45#钢OM图；
图6为本发明的筛分装置的结构示意图；
图7为本发明的弧形初滤板的结构示意图。
其中，1-筛分箱体、10-添加口、11-底座、12-出粉口、120-电磁阀、13-排 料盖、14-箱门、2-弧形初滤板、20-滤料凸起、200-微型加强杆、3-筛分盘、30- 超声波发生器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述 实施例。
实施例1
如图1所示的一种激光选区熔化制备中碳钢的工艺，包括以下步骤：
步骤1：首先，用等离子旋转电极雾化法制备杂质含量少，纯净度高的45# 钢粉末，其中，45#钢粉末球形度为98％；
步骤2：将步骤1中制得的45#钢粉末进行筛分，筛分处粒度为50μm的 45#钢粉末，然后将筛分出的粉末在加热温度为120℃的加热炉中进行两小时的 粉末烘干，能够降低粉末中的水分，避免杂质元素的影响，同时，干燥的粉末 也便于在后续打印过程中铺粉的均匀性，室温下粉末流动性为16.90s/50g，45# 钢粉末的化学成分按质量百分数计，主要包括：C含量为0.43％，Mn含量为 0.58％，Cr含量为0.25％，Ni含量为0.24％，Si含量为0.18％，Fe含量为 98.32％，且45#钢粉末的松装密度为4.52g/cm3，振实密度为4.88g/cm3；
步骤3：将步骤2得到的45#钢粉末作为激光选区熔化成形用原材料，并用 CONCEPT公司制造的Concept Laser Mlab cusing R型SLM设备对其进行打印 成形，具体过程为：
(1)预先利用Unigraphic软件设计出三维圆柱模型，再采用Magics软件 将模型分层切片，得到各截面的轮廓数据与填充扫描路径的参数，保存此程序 文件并导入3D打印机设备中，其中，圆柱试样规格为Φ6×10mm；
(2)然后在SLM设备充入氮气，待打印室氧含量为0.5％时，将45#钢粉 末装填进粉料缸，铺粉辊在基板上先均匀铺设一层厚度为50μm的45#钢粉末， 通过预置的激光扫描路径对第一层粉末进行5次曝光，确保熔化成形粉末与基 板有效结合，激光束的扫描路径采用45°棋盘式扫描策略逐层对粉末进行快速 成型，缓解成形过程中应力集中现象，提高零件成形质量，接着粉料缸和建造 仓各自进行升降进行供粉以及粉末的均匀铺设，不断重复铺粉、激光扫描、熔 化成形过程，直至模型成形得到成形件，当打印室氧含量超过0.6％，会造成不 稳定了，1％左右设备报警，会自动停止打印；
(3)利用慢走丝线切割机床将成形件从基板上取下，其中激光选区熔化技 术的工艺参数如下：光纤激光功率为100W，扫描速度为200mm/s、300mm/s、 400mm/s、500mm/s，扫描间距为50μm，光斑直径为40μm；
步骤4：对步骤3得到的成形件依次在#400、#800、#1000、#2000、#3000 的砂纸上进行打磨，再用抛光剂对其抛光，由于成形件表面粗糙度较低，选择 400粗磨，磨至3000，可形成光亮的金相面；
步骤5：用阿基米德排水法测定步骤4处理后的成形件的致密度分别为分 别为88.35％、90.96％、94.37％、91.55％，通过光学显微镜观察试样中孔洞较多， 并且存在一些较大的孔洞，扫描速度在400mm/s时，成形件致密度最高，如图 2所示。
实施例2
如图1所示的一种激光选区熔化制备中碳钢的工艺，包括以下步骤：
步骤1：首先，用等离子旋转电极雾化法制备杂质含量少，纯净度高的45# 钢粉末，其中，45#钢粉末的球形度为98.5％；
步骤2：将步骤1中制得的45#钢粉末进行筛分，筛分处粒度为40μm的 45#钢粉末，然后将筛分出的粉末在加热温度为120℃的加热炉中进行两小时的 粉末烘干，能够降低粉末中的水分，避免杂质元素的影响，同时，干燥的粉末 也便于在后续打印过程中铺粉的均匀性，室温下粉末流动性为16.90s/50g，45# 钢粉末的化学成分按质量百分数计，主要包括：C含量为0.43％，Mn含量为 0.58％，Cr含量为0.25％，Ni含量为0.24％，Si含量为0.18％，Fe含量为 98.32％，且45#钢粉末的松装密度为4.52g/cm3，振实密度为4.88g/cm3；
步骤3：将步骤2得到的45#钢粉末作为激光选区熔化成形用原材料，并用 CONCEPT公司制造的Concept Laser Mlab cusing R型SLM设备对其进行打印 成形，具体过程为：
(1)预先利用Unigraphic软件设计出三维圆柱模型，再采用Magics软件 将模型分层切片，得到各截面的轮廓数据与填充扫描路径的参数，保存此程序 文件并导入3D打印机设备中，其中，圆柱试样规格为Φ6×10mm；
(2)然后在SLM设备充入氮气，待打印室氧含量低于0.5％时，将45#钢 粉末装填进粉料缸，铺粉辊在基板上先均匀铺设一层厚度为40μm的45#钢粉末， 通过预置的激光扫描路径对第一层粉末进行5次曝光，确保熔化成形粉末与基 板有效结合，激光束的扫描路径采用45°棋盘式扫描策略逐层对粉末进行快速 成型，缓解成形过程中应力集中现象，提高零件成形质量，接着粉料缸和建造 仓各自进行升降进行供粉以及粉末的均匀铺设，不断重复铺粉、激光扫描、熔 化成形过程，直至模型成形得到成形件，当打印室氧含量超过0.6％，会造成不 稳定了，1％左右设备报警，会自动停止打印；
(3)利用慢走丝线切割机床将成形件从基板上取下，其中激光选区熔化技 术的工艺参数如下：光纤激光功率为100W，扫描速度分别为200mm/s、 300mm/s、400mm/s、500mm/s，扫描间距为50μm，光斑直径为40μm；
步骤4：对步骤3得到的成形件依次在#400、#800、#1000、#2000、#3000 的砂纸上进行打磨，再用抛光剂对其抛光，由于成形件表面粗糙度较低，选择 400粗磨，磨至3000，可形成光亮的金相面；
步骤5：用阿基米德排水法测定步骤4处理后的成形件的致密度分别为 92.87％、96.52％、94.83％、93.99％，通过光学显微镜可以明显观察到试样中只 存在个别较大的孔洞，扫描速度为300mm/s时，只观察到几个细小的微孔，如 图3所示。
实施例3
如图1所示的一种激光选区熔化制备中碳钢的工艺，包括以下步骤：
步骤1：首先，用等离子旋转电极雾化法制备杂质含量少，纯净度高的45# 钢粉末，其中，45#钢粉末的球形度在99％；
步骤2：将步骤1中制得的45#钢粉末进行筛分，筛分处粒度为30μm的 45#钢粉末，然后将筛分出的粉末在加热温度为120℃的加热炉中进行两小时的 粉末烘干，能够降低粉末中的水分，避免杂质元素的影响，同时，干燥的粉末 也便于在后续打印过程中铺粉的均匀性，室温下粉末流动性为16.90s/50g，45# 钢粉末的化学成分按质量百分数计，主要包括：C含量为0.43％，Mn含量为 0.58％，Cr含量为0.25％，Ni含量为0.24％，Si含量为0.18％，Fe含量为 98.32％，且45#钢粉末的松装密度为4.52g/cm3，振实密度为4.88g/cm3；
步骤3：将步骤2得到的45#钢粉末作为激光选区熔化成形用原材料，并用 CONCEPT公司制造的Concept Laser Mlab cusing R型SLM设备对其进行打印 成形，具体过程为：
(1)预先利用Unigraphic软件设计出三维圆柱模型，再采用Magics软件 将模型分层切片，得到各截面的轮廓数据与填充扫描路径的参数，保存此程序 文件并导入3D打印机设备中，其中，圆柱试样规格为Φ6×10mm；
(2)然后在SLM设备充入氮气，待打印室氧含量为0.5％时，将45#钢粉 末装填进粉料缸，铺粉辊在基板上先均匀铺设一层厚度为30μm的45#钢粉末， 通过预置的激光扫描路径对第一层粉末进行5次曝光，确保熔化成形粉末与基 板有效结合，激光束的扫描路径采用45°棋盘式扫描策略逐层对粉末进行快速 成型，缓解成形过程中应力集中现象，提高零件成形质量，接着粉料缸和建造 仓各自进行升降进行供粉以及粉末的均匀铺设，不断重复铺粉、激光扫描、熔 化成形过程，直至模型成形得到成形件，当打印室氧含量超过0.6％，会造成不 稳定了，1％左右设备报警，会自动停止打印；
(3)利用慢走丝线切割机床将成形件从基板上取下，其中激光选区熔化技 术的工艺参数如下：光纤激光功率为100W，扫描速度分别为200mm/s、 300mm/s、400mm/s、500mm/s，光斑直径为40μm；
步骤4：对步骤3得到的成形件依次在#400、#800、#1000、#2000、#3000 的砂纸上进行打磨，再用抛光剂对其抛光，由于成形件表面粗糙度较低，选择 400粗磨，磨至3000，可形成光亮的金相面；
步骤5：用阿基米德排水法测定步骤4处理后的成形件的致密度分别为 98.89％、97.45％、96.86、95.96％，通过光学显微镜观察到除了400mm/s的试 样存在较多的孔洞，其余试样未见明显孔隙，整体成形件致密度较实施例1和 实施例2好，加工参数最优异，如图4所示。
实施例4
如图1所示的一种激光选区熔化制备中碳钢的工艺，包括以下步骤：
步骤1：首先，用等离子旋转电极雾化法制备杂质含量少，纯净度高的45# 钢粉末，其中，45#钢粉末的球形度在9.5％；
步骤2：将步骤1中制得的45#钢粉末进行筛分，筛分处粒度为50μm的 45#钢粉末，然后将筛分出的粉末在加热温度为120℃的加热炉中进行两小时的 粉末烘干，能够降低粉末中的水分，避免杂质元素的影响，同时，干燥的粉末 也便于在后续打印过程中铺粉的均匀性，室温下粉末流动性为16.90s/50g，45# 钢粉末的化学成分按质量百分数计，主要包括：C含量为0.43％，Mn含量为 0.58％，Cr含量为0.25％，Ni含量为0.24％，Si含量为0.18％，Fe含量为 98.32％，且45#钢粉末的松装密度为4.52g/cm3，振实密度为4.88g/cm3；
步骤3：将步骤2得到的45#钢粉末作为激光选区熔化成形用原材料，并用 CONCEPT公司制造的Concept Laser Mlab cusing R型SLM设备对其进行打印 成形，具体过程为：
(1)预先利用Unigraphic软件设计出24mm×24mm×24mmF2CCZ模型， 再采用Magics软件将模型分层切片，得到各截面的轮廓数据与填充扫描路径的 参数，保存此程序文件并导入3D打印机设备中；
(2)然后在SLM设备充入氮气，待打印室氧含量为0.5％时，将45#钢粉 末装填进粉料缸，铺粉辊在基板上先均匀铺设一层厚度为50μm的45#钢粉末， 通过预置的激光扫描路径对第一层粉末进行5次曝光，确保熔化成形粉末与基 板有效结合，激光束的扫描路径采用45°棋盘式扫描策略逐层对粉末进行快速 成型，缓解成形过程中应力集中现象，提高零件成形质量，接着粉料缸和建造 仓各自进行升降进行供粉以及粉末的均匀铺设，不断重复铺粉、激光扫描、熔 化成形过程，直至成功制备出24mm×24mm×24mmF2CCZ模型，当打印室氧含 量超过0.6％，会造成不稳定了，1％左右设备报警，会自动停止打印；
(3)利用慢走丝线切割机床将成形件从基板上取下，其中激光选区熔化技 术的工艺参数如下：光纤激光功率为100W，扫描速度分别为200mm/s、 300mm/s，扫描间距为50μm，光斑直径为40μm，得到的实体图如图5所示；
步骤4：对步骤3得到的成形件依次在#400、#800、#1000、#2000、#3000 的砂纸上进行打磨，再用抛光剂对其抛光，由于成形件表面粗糙度较低，选择 400粗磨，磨至3000，可形成光亮的金相面；
步骤5：用阿基米德排水法测定步骤4处理后的成形件的致密度，并采用 光学显微镜进行观测，最后利用ImageJ 1.52a软件评估成形件致密度。
实施例5
本实施例与实施例3基本相同，不同之处在于：
所述步骤1中，利用等离子旋转电极雾化法制备45#钢粉末的具体过程为：
S1：用车床加工符合等离子旋转电极雾化法要求的棒材坯料；
S2：将步骤S1得到的棒材坯料置于雾化制粉设备内，并进行预抽真空处理， 当雾化室内真空度为5×10-3-8×10-3Pa时，向雾化室内充入惰性气体和金属盐粉 体混合体，其中，惰性气体为氩气和氦气混合气，金属盐粉体为NaCl粉体，通 过向惰性保护气体中添加固体粉末，增加其气流冲击定量，使制备的粉体粒径 更小，满足使用要求，提高棒材坯料的利用率，使棒材坯料的利用率达96％；
S3：用等离子体炬加热熔化高速旋转的棒材坯料，最后，将熔化后液滴冷 却即可得到45#钢粉末；其中，等离子弧电流1500-2000A，电压为150-200V， 金属电极转速为12000-15500r/min。
实施例6
本实施例与实施例5基本相同，不同之处在于：
如图6所示，所述步骤2中对45#钢粉末筛分时采用筛分装置进行，且筛 分装置包括：上端设有添加口10且底端设有底座11和出粉口12的筛分箱体1、 水平设于筛分箱体1内的弧形初滤板2、设于筛分箱体1内且位于弧形初滤板2 正下端以及中心处设有超声波发生器30的筛分盘3，出粉口12处设有电磁阀 120，筛分箱体1侧壁且位于弧形初滤板2处铰接有排料盖13，筛分箱体1侧壁 且位于筛分盘3处设有箱门14，弧形初滤板2的弧形边上均匀设有30个滤料凸 起20，且每个滤料凸起20内设有微型加强杆200，对45#钢粉末进行筛分时，将45#钢粉末经添加口10添加至筛分箱体1内，且落于弧形初滤板2，此时， 45#钢粉末从弧形初滤板2的中心向弧形边左右两侧滑落，在上述滑落过程中， 经过30个滤料凸起20的阻碍作用，使45#钢粉末中形状规则的粉末能够充分 通过弧形初滤板2落至筛分盘3内，避免原料的浪费，不能通过弧形初滤板2 的不规则形状的45#钢粉末经排料盖13排出，当粉末落至筛分盘3内后，启动 超声波发生器30，利用超声波发生器30对筛分盘3产生振动，从而对粉末进 行过滤，满足要求的粉末经出粉口12排出，不满足要求的粉末经箱门14排出， 通过上述过程，使45#钢粉末原料能够充分筛分，且可将不规则形状的45#钢粉 末筛离，一方面，避免其对筛分盘3造成破坏，另一方面，可避免不规则的 45#钢粉末降低制备的中碳钢部件的力学性能，使其抗拉强度≥1068MPa，屈服 强度≥960MPa，远高于GB/T 699-2015标准规定。
实施例7
本实施例与实施例6基本相同，不同之处在于：
对所述步骤3中的成形件进行退火处理，退火处理的具体过程为：首先， 利用乙醇溶剂对成形件表面进行清洗处理，并烘干；其次，将上述清洗后的成 形件置于真空炉中，以8℃/min的升温速率升温至退火温度，保温3.5h，最后 随炉冷却，其中，退火温度为210℃，通过对成形件进行退火处理，可提高成 形件的硬度和韧性、消除内部应力、无裂纹，使其抗拉强度≥1378MPa，屈服 强度≥1100MPa，性能优于实施例6。

Claims (1)

1.一种激光选区熔化制备中碳钢的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：首先，用等离子旋转电极雾化法制备45#钢粉末；
步骤2：将步骤1中制得的45#钢粉末进行筛分，并对其进行干燥预处理；
步骤3：采用激光选区熔化技术对步骤2处理后的金属粉成形加工后，具体过程为：
(1)预先设计出三维圆柱模型，再采用切分软件将模型分层切片，并将程序文件导入3D打印机设备中；
(2)将45#钢粉末装填进粉料缸，铺粉辊在基板上先均匀铺设一层粉末，通过预置的激光扫描路径对第一层粉末进行多次曝光，扫描路径采用45°棋盘式扫描策略逐层对粉末进行快速成型，接着逐层铺粉，逐层熔化直至模型成形，得到成形件；
(3)再用线切割机床将成形件从基板上取下；
步骤4：对步骤3得到的成形件进行表面处理；
步骤5：对步骤4处理后的成形件进行致密度测定，并采用光学显微镜进行观测，最后利用ImageJ 1.52a软件评估；
所述步骤1中45#钢粉末的化学成分按质量百分数计，主要包括：C含量为0.43％，Mn含量为0.58％，Cr含量为0.25％，Ni含量为0.24％，Si含量为0.18％，余量为Fe，且45#钢粉末的松装密度为4.52g/cm3，振实密度为4.88g/cm3；
所述步骤1中，利用等离子旋转电极雾化法制备45#钢粉末的具体过程为：
S1：用车床加工符合等离子旋转电极雾化法要求的棒材坯料；
S2：将步骤S1得到的棒材坯料置于雾化制粉设备内，并进行预抽真空处理，当雾化室内真空度为5×10-3Pa时，向雾化室内充入惰性气体和金属盐粉体混合体，其中，惰性气体为氩气和氦气混合气，金属盐粉体为NaCl粉体；
S3：用等离子体炬加热熔化高速旋转的棒材坯料，最后，将熔化后液滴冷却即可得到45#钢粉末；其中，等离子弧电流1500-2000A，电压为150-200V，金属电极转速为12000-15500r/min；
所述步骤2中对45#钢粉末筛分时采用筛分装置进行，且所述筛分装置包括：上端设有添加口(10)且底端设有底座(11)和出粉口(12)的筛分箱体(1)、水平设于所述筛分箱体(1)内的弧形初滤板(2)、设于筛分箱体(1)内且位于所述弧形初滤板(2)正下端以及中心处设有超声波发生器(30)的筛分盘(3)，所述出粉口(12)处设有电磁阀(120)，筛分箱体(1)侧壁且位于所述弧形初滤板(2)处铰接有排料盖(13)，筛分箱体(1)侧壁且位于筛分盘(3)处设有箱门(14)，所述弧形初滤板(2)的弧形边上均匀设有多个滤料凸起(20)，且每个所述滤料凸起(20)内设有微型加强杆(200)；
所述步骤2中干燥预处理是在加热温度为120℃的加热炉中进行两小时的粉末烘干，粉末粒度为30-70μm，室温下粉末流动性为16.90s/50g；
所述步骤3中激光选区熔化技术的工艺参数为：光纤激光功率为100W，扫描速度为200-650mm/s，扫描间距为50μm，光斑直径为40μm，铺粉层厚为30-50μm；
所述步骤2中，将45#钢粉末装填进粉料缸前，需对粉料缸充入氮气保护气氛，确保粉料缸内空气氧含量不超过0.6％；
所述步骤4表面处理为对成形件依次在#400、#800、#1000、#2000、#3000的砂纸上进行打磨，再用抛光剂对其抛光。
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