CN112809021A - 一种激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法 - Google Patents

一种激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法，所述方法包括打印工艺步骤、第一热处理步骤、热等静压步骤、第二热处理步骤。本发明针对40CrNi2Si2MoVA合金钢开发了新的打印工艺参数，有效的减少了打印裂痕出现的频率，实现了结构复杂超高强度钢零件的一次成形，减少了后续加工余量、缩短了开发周期、降低了研发成本，满足了结构复杂且需求量较低的产品的生产需要。同时，在增材制造的基础上通过热等静压及热处理方法改善了其中的缺陷，使材料的力学性能得到进一步提升。

Description

一种激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理 方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，特别涉及一种激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法。
背景技术
我国航空航天事业近年来蓬勃发展，尤其在高超音速飞行器领域取得了一系列令人瞩目的成就。高超音速飞行器是本世纪正在研发的前沿科技的新项目。它又被称作“近空间高超音速飞行器”(NSHV)。这种飞行器飞行高度可离地面20-100km的大气层空间，这一空间位于低轨卫星轨道的下方、一般飞机的飞行高度的上方，包括大气平流层、中间层和部分热层。高超音速飞行器的飞行速度是高于5倍音速(即5马赫)，或超过6000千米/小时。由于飞行器外壳结构复杂，且无需大批量生产，因此通常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，存在资源浪费，对于这一问题本发明提出一种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。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法，该方法实现了结构复杂超高强度钢零件的一次成形，减少了后续加工余量、缩短了开发周期、降低了研发成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法，所述方法包括如下步骤：
打印工艺步骤：采用SLM(选区激光熔化)设备，设置扫描速度为600-1200mm/s，打印功率为120W-150W，粉末直径为15-53μm，以及为防止产生裂痕选取打印层厚为15-25μm，以形成一种带有支撑的打印样品；
第一热处理步骤：正火900-950℃保温1-2h，炉冷至550-650℃进行常压气冷至室温；再退火650-700℃保温4-5h，炉冷至350-450℃进行常压气冷至室温；
热等静压步骤：在100-200MPa压力下，对第一热处理后的打印样品采用1000-1200℃保温4-8h后，以10-20℃/min冷却至300-400℃进行降压气冷至室温；
第二热处理步骤：对热等静压处理后的打印样品进行固溶处理，采用850-870℃保温1-2h后进行油淬冷却至室温；再回火200-400℃保温1-2h后进行常压气冷至室温。
优选地，打印工艺步骤完成6小时内进行第一热处理步骤。
优选地，第一热处理步骤中还包括：退火处理后去除所述支撑。
优选地，第一热处理步骤中还包括：退火处理后至热等静压处理的转运过程中对打印样品的表面进行喷砂，以防止生锈。
优选地，热等静压步骤中还包括：对第一热处理后的打印样品进行吊装，调整垂直度为正负不超过5度。
优选地，第一热处理后的打印样品的致密度＞98％。
优选地，第一热处理后的打印样品的尺寸为150mm×20mm×20mm。
优选地，热等静压步骤优选在120MPa压力下进行。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、本发明针对40CrNi2Si2MoVA合金钢开发了新的打印工艺参数，有效的减少了打印裂痕出现的频率，实现了结构复杂超高强度钢零件的一次成形，减少了后续加工余量、缩短了开发周期、降低了研发成本，满足了结构复杂且需求量较低的产品的生产需要。
2、本发明在增材制造的基础上通过热等静压及热处理方法改善了其中的缺陷，使材料的力学性能得到进一步提升。增材制造成形后局部存在气孔等缺陷，采用热等静压处理的方法可以改善组织提高性能。对于金属材料，热等静压技术能够实现致密化消除缺陷。在高温下金属材料强度极低、塑性极好，有孔洞区域的金属受到外界气体压力的作用发生塑性变形，孔洞区域金属相互接触发生冶金结构使孔洞消失。在保证组织致密机械性能优异的前提下减少热等静压的时间可降低成本。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。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
实施例1：
本发明中用于激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法包括如下步骤：
打印工艺步骤：采用选区激光熔化(SLM)设备，设定扫描速度为1000mm/s，打印功率为150W，粉末直径为15-53μm，打印层厚为25μm，进行打印。
第一热处理步骤：正火950℃保温2h，炉冷至600℃进行常压气冷至室温；再退火670℃保温5h，炉冷至400℃进行常压气冷至室温。
热等静压步骤：根据合金钢的相转变点温度及沉积态的致密度、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相变，40CrNi2Si2MoVA合金钢加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度为540℃，加热时先共析铁素体全部溶于奥氏体终了温度为870℃，通常热等静压温度在1000℃以上。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；本次选用参数如下：在120MPa压力下，将第一热处理后的打印样品1050℃保温4h后，以20℃/min冷却至350℃开始降压气冷至室温；
经检测，热等静压步骤所得产品的致密度99.1％，显微硬度180.6HV，屈服强度1024.4MPa，抗拉强度1315.2MPa，断后延伸率12.6％，断面收缩率为35.3％。
第二热处理步骤：根据钢的固态相变，淬火温度选在870℃，回火选择300℃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，为获得较好的延展性，选用油淬替代水淬；本次选用参数如下：固溶处理870℃保温1h后油淬冷却至室温，再回火300℃保温2h，常压气冷。
经检测，所得产品的显微硬度280.9HV，屈服强度1650.2MPa，抗拉强度1960.4MPa，断后延伸率8.2％，断面收缩率为26.3％。
经过对比，经高强韧化处理后的40CrNi2Si2MoVA合金钢强度提高53.6％，硬度提高47.2％，致密度提高1.2％，并且同时具备了良好的强度和塑韧性等综合力学性能。
实施例2：
本发明中用于激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法包括如下步骤：
打印工艺步骤：采用选区激光熔化(SLM)设备，设定扫描速度为800mm/s，打印功率为120W，粉末直径为15-53μm，打印层厚为20μm，进行打印。
第一热处理步骤：正火950℃保温2h，炉冷至650℃进行常压气冷至室温；再退火700℃保温5h，炉冷至400℃进行常压气冷至室温。
热等静压步骤：在120MPa压力下，将第一热处理后的打印样品1100℃保温4h后，以20℃/min冷却至400℃开始降压气冷至室温；
经检测，热等静压步骤所得产品的致密度99.3％，显微硬度175.8HV，屈服强度1006.8MPa，抗拉强度1301.2MPa，断后延伸率13.6％，断面收缩率为36.5％。
第二热处理步骤：根据钢的固态相变，淬火温度选在870℃，回火选择300℃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，为获得较好的延展性，选用油淬替代水淬；本次选用参数如下：固溶处理870℃保温1h后油淬冷却至室温，再回火300℃保温2h，常压气冷。
经检测，所得产品的显微硬度279.1HV，屈服强度1638.5MPa，抗拉强度1958.4MPa，断后延伸率9.1％，断面收缩率为28.1％。
实施例3：
本发明中用于激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法包括如下步骤：
打印工艺步骤：采用选区激光熔化(SLM)设备，设定扫描速度为1200mm/s，打印功率为150W，粉末直径为15-53μm，打印层厚为15μm，进行打印。
第一热处理步骤：正火950℃保温2h，炉冷至550℃进行常压气冷至室温；再退火650℃保温5h，炉冷至350℃进行常压气冷至室温。
热等静压步骤：在120MPa压力下，将第一热处理后的打印样品1000℃保温4h后，以20℃/min冷却至300℃开始降压气冷至室温；
经检测，热等静压步骤所得产品的致密度99.1％，显微硬度189.8HV，屈服强度1036.1MPa，抗拉强度1351.5MPa，断后延伸率12.2％，断面收缩率为33.5％。
第二热处理步骤：根据钢的固态相变，淬火温度选在870℃，回火选择300℃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，为获得较好的延展性，选用油淬替代水淬；本次选用参数如下：固溶处理870℃保温1h后油淬冷却至室温，再回火300℃保温2h，常压气冷。
经检测，所得产品的显微硬度295.3HV，屈服强度1669.3MPa，抗拉强度1988.2MPa，断后延伸率7.8％，断面收缩率为24.9％。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
打印工艺步骤：采用SLM设备，设置扫描速度为600-1200mm/s，打印功率为120W-150W，粉末直径为15-53μm，以及为防止产生裂痕选取打印层厚为15-25μm，以形成一种带有支撑的打印样品；
第一热处理步骤：正火900-950℃保温1-2h，炉冷至550-650℃进行常压气冷至室温；再退火650-700℃保温4-5h，炉冷至350-450℃进行常压气冷至室温；
热等静压步骤：在100-200MPa压力下，对第一热处理后的打印样品采用1000-1200℃保温4-8h后，以10-20℃/min冷却至300-400℃进行降压气冷至室温；
第二热处理步骤：对热等静压处理后的打印样品进行固溶处理，采用850-870℃保温1-2h后进行油淬冷却至室温；再回火200-400℃保温1-2h后进行常压气冷至室温。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：打印工艺步骤完成6小时内进行第一热处理步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第一热处理步骤中还包括：退火处理后去除所述支撑。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第一热处理步骤中还包括：退火处理后至热等静压处理的转运过程中对打印样品的表面进行喷砂，以防止生锈。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：热等静压步骤中还包括：对第一热处理后的打印样品进行吊装，调整垂直度为正负不超过5度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第一热处理后的打印样品的致密度＞98％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第一热处理后的打印样品的尺寸为150mm×20mm×20mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：热等静压步骤优选在120MPa压力下进行。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115121811A (zh) * 2022-06-29 2022-09-30 中国航发动力股份有限公司 一种铺粉3d打印机匣的焊接方法及一种发动机机匣

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105562694A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 中国钢研科技集团有限公司 一种适用于增材制造零部件的热等静压三控方法
CN105828983A (zh) * 2013-12-23 2016-08-03 通用电器技术有限公司 用于基于粉末的增材制造过程的γ’沉淀增强镍基超合金
CN107971491A (zh) * 2017-11-28 2018-05-01 北京航空航天大学 一种消除电子束选区熔化增材制造镍基高温合金零部件微裂纹的方法
CN108480642A (zh) * 2018-05-22 2018-09-04 东北大学 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
EP3663019A1 (fr) * 2018-12-07 2020-06-10 The Swatch Group Research and Development Ltd Procédé de fabrication d'alliages de métaux précieux et alliages de métaux précieux ainsi obtenus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105828983A (zh) * 2013-12-23 2016-08-03 通用电器技术有限公司 用于基于粉末的增材制造过程的γ’沉淀增强镍基超合金
CN105562694A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 中国钢研科技集团有限公司 一种适用于增材制造零部件的热等静压三控方法
CN107971491A (zh) * 2017-11-28 2018-05-01 北京航空航天大学 一种消除电子束选区熔化增材制造镍基高温合金零部件微裂纹的方法
CN108480642A (zh) * 2018-05-22 2018-09-04 东北大学 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
EP3663019A1 (fr) * 2018-12-07 2020-06-10 The Swatch Group Research and Development Ltd Procédé de fabrication d'alliages de métaux précieux et alliages de métaux précieux ainsi obtenus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115121811A (zh) * 2022-06-29 2022-09-30 中国航发动力股份有限公司 一种铺粉3d打印机匣的焊接方法及一种发动机机匣
CN115121811B (zh) * 2022-06-29 2024-03-12 中国航发动力股份有限公司 一种铺粉3d打印机匣的焊接方法及一种发动机机匣

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