3D打印制造双层复合管材及其微观组织调控的方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印制造双层复合管材及其微观组织调控的方法，采用增材制造技术，采用两种金属粉末制备双层复合管材，将该管材加热至开轧温度，在此开轧温度下，快速对双层复合管材依次进行多道次粗轧、精轧，同时进行扩孔，粗轧时每道次压缩率为30％～50％，精轧总压缩率为20％～50％，以达到破碎晶粒、再结晶、调控复合管材微观组织和扩大管材尺寸的目的，确保在终轧温度时进行最后一道次的精轧作为终轧。本发明专利技术结合增材制造和热轧扩孔的方式实现了制备双层复合管材。制备的双层复合管内外层之间结合紧密、缺陷少、无夹杂，而且晶粒细小、分布均匀，改善了复合管材的微观组织，同时减小复合管内外层的厚度，扩大了复合管材尺寸。

3D printing manufacturing of double-layer composite pipe and its microstructure control method

【技术实现步骤摘要】
3D打印制造双层复合管材及其微观组织调控的方法
本专利技术涉及增材制造领域，是一种3D打印制造双层复合管材及其微观组织调控的方法。
技术介绍
传统的管材结构过于单一，组织性能不足以满足环境所需要的要求，通常管材外表会出现生锈、风化等腐蚀现象，使用表现并不能满足人们的愿望。为应对复杂的环境，保障管材制品的使用寿命，使管材更好地运用到实际生活和生产当中去，双层复合管材应运而生。双层复合管材可以充分发挥内外层材料各自的优势，实现各组元材料资源的最优配置，节约贵重金属材料，实现单一金属不能满足环境所需要的性能要求，以钛-铜双层复合管材为例，外层钛有很好地耐腐蚀性、高强度，耐热性好能够很好地应对外部的环境，内层铜有很好地耐高温性能和导热性非常适合做传送暖气的复合管材。除此之外，还有钢与钛、钢与高温合金、钛与高温合金等内层和外层材料所要满足内外环境的功能材料。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种3D打印热轧复合制备双层复合管材的方法，旨在通过3D打印+热轧扩孔的方式，生产具有优异微观组织及能够应对内外层不同环境的优良性能的双层复合管材，复合管的内外材质可以是钢与钢、钢与钛、钢与高温合金、钛与高温合金、钛与铜等的结合。本专利技术的3D打印制造的双层复合管材的材质不限于以上所列的四种材料搭配。为达成上述目的，本专利技术提出一种3D打印热轧复合制备双层复合管材的方法，首先用金属3D打印机制备双层的复合管材，且内外两层材质不同，内层材料适应内部环境，外层材料适应外部环境，内外层管壁厚度适中。然后采用多道次热轧和扩孔的方式来达到细化晶粒、调控微观组织以及优化管材力学性能的目的，还能扩大管材的尺寸，从而适应更大的市场需求。本专利技术的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。为达成上述目的，本专利技术提出一种3D打印热轧复合制备双层复合管材及其微观组织调控的方法，包括：步骤1、采用增材制造技术，先将合金粉末A以空心圆半径为10mm、壁厚10±2mm、高500mm的空心圆柱体为模型进行铺粉形成复合管材的内层(即内层壁厚10±2mm)，然后紧紧围绕着合金粉末A采用材质不同的合金粉末B进行铺粉，铺粉厚度为10±2mm形成复合管材的外层(即外层壁厚10±2mm)，打印出内外材质不同的双层复合管材，其中，合金粉末A和合金粉末B的选取需满足合金粉末A的轧制温度TA和合金粉末B的轧制温度TB之间具有交集，设该交集为TA∩TB；步骤2、确认双层复合管材的轧制温度，其中，轧制温度T＝TA∩TB，开轧温度Tk选取轧制温度T上限值T上±3℃，终轧温度Tz选取轧制温度T下限值T下+5～10℃；步骤3、将双层复合管材加热至开轧温度Tk，在此开轧温度下，采用热轧扩孔工艺，快速对双层复合管材依次进行多道次粗轧和多道次精轧，粗轧时每道次压缩率为30％～50％，精轧总压缩率为20％～50％，且确保在终轧温度Tz下进行最后一道次的精轧作为终轧。进一步的，步骤1中，采用增材制造技术，将两种材质不同的合金粉末A和合金粉末B按内层和外层的先后顺序，打印成材质不同的双层复合管材。进一步的，步骤3中，多道次粗轧优选2～4道次粗轧。进一步的，步骤3中，多道次精轧优选3～9道次精轧。进一步的，步骤3中，采用半径为20mm的扩孔管进行扩孔。与现有技术相比，本专利技术的显著的优点在于：(1)本专利技术结合增材制造和热轧扩孔的方式制备双层复合管材，增材制造打印出来的复合管，内外层之间结合紧密、缺陷少、无夹杂，且工序简单。(2)本专利技术配合合适的热轧扩孔工艺，可以有效地对复合管材中粗大的晶粒进行破碎、再结晶，而生成尺寸细小、分布均匀的等轴晶粒，从而改善了复合管材的微观组织，优化了复合管材力学性能。(3)同时，热轧扩孔工艺还扩大了管材的尺寸，有效摆脱了金属3D打印设备对工件尺寸的限制。(4)本专利技术的制备双层复合管材的方法可以满足耐蚀、耐磨、耐高温、抗冲、抗压、抗热变等一种或多种特殊性能的需求。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1是本专利技术的通过3D打印制造的双层复合管材在热轧扩孔过程中的微观组织演变示意图。图2是本专利技术的通过3D打印制造的双层复合管材在热轧扩孔结束后的成品样图。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本专利技术所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本专利技术公开的一些方面可以单独使用，或者与本专利技术公开的其他方面的任何适当组合来使用。根据本专利技术公开的一种3D打印热轧复合制备双层复合管材及其微观组织调控的方法，通过3D打印技术制备出内外两层的双层复合管材，复合管材中内层与外层的材质即合金粉末A和合金粉末B可以分别是钢与钢、钢与钛、钢与高温合金、钛与高温合金等的复合，且不限于以上所列的四种材料搭配，但是，合金粉末A和合金粉末B的选取需满足合金粉末A的轧制温度TA和合金粉末B的轧制温度TB之间具有交集，因此，在本专利技术已限定了两种合金粉末的选配范围，即轧制温度范围不存在交集的两种合金粉末不适用于本专利技术。例如：铝合金的熔点约660℃，远低于钛合金的终轧温度，因此，钛合金与铝合金粉末不存在轧制温度交集，不适用于本专利技术。通过3D打印制备的复合管材具有较粗大的晶粒，不能满足工程上较高的性能要求。再结合热轧扩孔工艺，对复合管材进行热加工处理。通过多道次的轧制，将3D打印后的粗大的铸态晶粒进行破碎、再结晶，生成细小的等轴晶，如图1所示。总体上提高复合管材的综合力学性能，最后制备成双层复合管的样品，如图2所示。为了便于更好的理解，下面结合具体实例对本专利技术进行进一步说明，在实施例中选取一系列配对的异质合金粉末，如：Q235和316不锈钢(钢与钢)、316和TC4(钢与钛)、316和IN625合金(钢与高温合金)、TC4和IN625合金(钛与高温合金)以及TC4和IN718合金(钛与高温合金)等，热轧复合制备双层复合管材。但合金粉末种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印制造双层复合管材及微观组织调控的方法，其特征在于，包括下述步骤：/n步骤1、采用增材制造技术，先将合金粉末A以空心圆柱体为模型进行铺粉形成复合管材的内层，然后围绕着合金粉末A采用材质不同的合金粉末B进行铺粉，形成复合管材的外层，打印出内外材质不同的双层复合管材，其中，合金粉末A和合金粉末B的选取需满足合金粉末A的轧制温度T

【技术特征摘要】
1.一种3D打印制造双层复合管材及微观组织调控的方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1、采用增材制造技术，先将合金粉末A以空心圆柱体为模型进行铺粉形成复合管材的内层，然后围绕着合金粉末A采用材质不同的合金粉末B进行铺粉，形成复合管材的外层，打印出内外材质不同的双层复合管材，其中，合金粉末A和合金粉末B的选取需满足合金粉末A的轧制温度TA和合金粉末B的轧制温度TB之间具有交集，设该交集为TA∩TB；
步骤2、确认双层复合管材的轧制温度，其中，轧制温度T＝TA∩TB，开轧温度Tk选取轧制温度T上限值T上±3℃，终轧温度Tz选取轧制温度T下限值T下+5～10℃；
步骤3、将双层复合管材加热至开轧温度Tk，在此开轧温度下，采用热轧扩孔工艺，快速对双层复合管材依次进行多道次粗轧和多道次精轧，粗轧时每道次压缩率为30％～50％，精轧总压缩率为20％～50％，且确保在终轧温度Tz下进行最后一道次精轧。


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【专利技术属性】
技术研发人员：孙中刚，张文书，陈小龙，常辉，孟欣，
申请(专利权)人：南京尚吉增材制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32