一种奥氏体不锈钢及其激光增材制备方法技术

本发明专利技术公开了一种奥氏体不锈钢及其激光增材制备方法，制备方法包括以下步骤：S1：将Cr17Ni12Mo2不锈钢粉末和纯Ti粉末混合，得到混合粉末，所述混合粉末中，纯Ti粉末的质量分数为1％～4％；S2：采用步骤S1所得的混合粉末进行激光3D打印，以制备奥氏体不锈钢成型件；所述激光3D打印的工艺窗口为：激光功率：500W～700W，光斑直径：1.2mm～1.8mm，扫描速度：6mm/s～10mm/s，送粉率：8g/min～12g/min。本发明专利技术通过在316L粉末中混合x％的纯Ti粉末，经优化增材制造工艺，从而制备出无奥氏体组织外延生长、微观组织较均匀、晶粒更细小、力学性能更佳的不锈钢零件。

【技术实现步骤摘要】
一种奥氏体不锈钢及其激光增材制备方法
本专利技术涉及激光金属材料加工
，尤其涉及一种奥氏体不锈钢及其激光增材制备方法。
技术介绍
随着工业化进程的发展，节能减排已成为社会发展所追求的一个重要目标，但就工业领域而言，能否做到节能减排很大程度上决定于是否拥有高性能的应用材料，其中高强高韧性不锈钢的应用使设备轻量化等对节能减排起着一个十分重要的作用。就目前不锈钢的发展而言，因不锈钢具有高抗腐蚀性、良好的抗氧化性，高延展率导致优良的可成形性及较好的可焊接性等性能而被广泛应用于各个领域。但由于现阶段工业上制造的不锈钢大多数其屈服强度都不高，而且耐磨性比较差，这一些缺陷对不锈钢未来的发展和应用领域都起到了严重的限制作用，因而工业应用上亟需研发和制备一些新型且具有优良力学性能的不锈钢。而我们知道对于材料力学性能而言，人为能改变的莫过于材料的成分与加工手段。对于不锈钢的定义与研究最早开始于十九世纪前期，1821年法国人Berthier把铬元素添加到钢中并发现这样的钢具有优良的耐腐蚀性，这一摸索揭开了不锈钢研究的序幕。而目前对不锈钢的广义定义为，不锈钢是一类以Fe-Cr、Fe-Cr-C或Fe-Cr-Ni为合金系的高合金钢，这类钢中含铬量不少于10.5％。由此看来，对于不锈钢的研究已经经历了近200年，各种不锈钢的体系研究的已经比较成熟。而传统不锈钢材料体系的出现是基于传统的加工方式的基础上的，随着社会发展科技的进步，一些先进的加工制造方式及技术不断地涌现了出来，比如激光增材制造技术等高能量密度的加工制造技术，因而对于传统的不锈钢体系在新的加工制造技术专利技术出来后也应该随之做出一些突破。激光增材制造，也称为3D打印技术是一种新兴的被认为具有颠覆传统制造技术意义的智能加工制造技术。这种技术兴起于近几十年间，由于其在加工过程中采用具有高能量密度的激光束作为热源，因而使得材料在加热和凝固过程中具有极大的温度梯度和冷却速率。而其加工过程为用激光热源将金属材料(丝或者粉末)快速熔化并且凝固，通过设计的路径轨迹逐层黏结累积，因而这种技术具有十分高的自由度，可以成型出各种复杂结构的金属零件并且可以进行柔性制造。由于激光增材制造技术具有以上两个及其它优点，采用该技术去制备不锈钢材料不仅可以获得结构复杂的零件，而且材料微观组织较为细小，力学性能优异。但该技术制备传统的Cr17Ni12Mo2(316L)不锈钢会出现一些缺陷，比如在快速冷却条件下其凝固组织奥氏体会出现强烈的外延生长倾向，这一现象会使得该不锈钢材料的力学性能无法得到提高、延展率较低且各向异性较强。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种奥氏体不锈钢的激光增材制备方法，该方法获得的不锈钢奥氏体组织在凝固过程中无明显的外延生长，晶粒组织更为细小，具有更为优异的力学性能；相应地，还提供一种该方法制得的奥氏体不锈钢。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种奥氏体不锈钢的激光增材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将Cr17Ni12Mo2不锈钢粉末和纯Ti粉末混合，得到混合粉末，所述混合粉末中，纯Ti粉末的质量分数为1％～4％；S2：采用步骤S1所得的混合粉末进行激光3D打印，以制备奥氏体不锈钢成型件；所述激光3D打印的工艺窗口为：激光功率：500W～700W，光斑直径：1.2mm～1.8mm，扫描速度：6mm/s～10mm/s，送粉率：8g/min～12g/min。可选地，所述步骤S1中，将Cr17Ni12Mo2不锈钢粉末和纯Ti粉末进行球磨混合，球磨混合时间为10～11h，混合后筛选出粒径小于125微米的粉末，得到所述混合粉末。可选地，所述纯Ti粉末的粒径为微米级时，所述纯Ti粉末占混合粉末的质量分数为0.5％～2％；所述纯Ti粉末的粒径为纳米级时，所述纯Ti粉末占混合粉末的质量分数为2％～4％。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述的激光增材制备方法所制得的奥氏体不锈钢。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术通过在Cr17Ni12Mo2粉末中按质量百分数混合了x％的微米级及以下的纯Ti粉末，经优化的增材制造工艺可制备无奥氏体组织外延生长、微观组织较均匀、晶粒更细小、力学性能更佳的不锈钢零件。申请人的研究表明，在优化的工艺窗口下，钛的添加在奥氏体不锈钢凝固过程中生成的含钛第二相对奥氏体组织在增材制造过程中的外延生长有阻碍作用，并且该材料增材成形性好、缺陷少、凝固过程相对冷却速率较高。此外，钛作为一种活性较强的合金化元素添加到奥氏体不锈钢中可以优先与钢加工过程中混入的有害元素(N、O等)反应，去除混入有害杂质元素，同时生成的大量细小且弥散的Tix(N、O、C)颗粒具有较高的凝固点，可以视为一种原位生成的异质形核剂，触发奥氏体组织凝固过程中的大量形核，提高形核率。附图说明图1为实施例1制备的奥氏体不锈钢的光学显微组织图。图2为实施例2制备的奥氏体不锈钢的光学显微组织图。图3为对比例制备的奥氏体不锈钢的光学显微组织图。图4为实施例1、实施例2与对比例制备的奥氏体不锈钢的力学性能测试图。具体实施方式以下结合具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。实施例1：本实施例提供一种奥氏体不锈钢的激光增材制备方法，包括以下步骤：步骤一：称取Cr17Ni12Mo2(316L)不锈钢粉末和微米级(15um～53um)的纯Ti粉末混合，其中，316L不锈钢粉末占混合粉末的质量百分数为99％，纯Ti粉末占混合粉末的质量百分数为1％。步骤二：将步骤一的混合粉末放入高能球磨机中，进行充分研磨混合，球磨混合时间为10.5小时，混合好后筛选出粒径小于125微米的粉末，获得Cr17Ni12Mo2-1％Ti粉末并将其密封包装。步骤三：将步骤二中制好的Cr17Ni12Mo2-1％Ti粉末投放进激光增材制造送粉设备中，采用直接能量沉积激光增材制造技术制备样件，实施采用激光工艺为激光功率：550W，光斑直径：1.2mm，扫描速度：8mm/s，送粉率：10g/min，送粉气体为氩气。步骤四：将增材制造获得的样件制备成金相样，采用王水刻蚀，观察显微组织。图1为本实施例的采用激光直接能量沉积制得的Cr17Ni12Mo2-1％Ti不锈钢样件的光学显微镜凝固组织图，可以看出该样件无奥氏体组织柱状晶及外延生长，晶粒细小。实施例2：本实施例提供一种奥氏体不锈钢的激光增材制备方法，包括以下步骤：步骤一：称取Cr17Ni12Mo2(316L)不锈钢粉末和纳米级(100nm)的纯Ti粉末混合，其中，316L不锈钢粉末占混合粉末的质量百分数为97％，纯Ti粉末占混合粉末的质量百分数为3％。步骤二：将步骤一的混合粉末放入高能球磨机中，进行充分研磨混合，混合时间为11小时，混合好后筛选出粒径小于100微米的粉末，获得Cr17Ni12Mo2-3％Ti粉末本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种奥氏体不锈钢的激光增材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：将Cr17Ni12Mo2不锈钢粉末和纯Ti粉末混合，得到混合粉末，所述混合粉末中，纯Ti粉末的质量分数为1%~4%；/nS2：采用步骤S1所得的混合粉末进行激光3D打印，以制备奥氏体不锈钢成型件；所述激光3D打印的工艺窗口为：激光功率：500W~700W，光斑直径：1.2mm~1.8mm，扫描速度：6mm/s ~10mm/s，送粉率：8g/min~12g/min。/n

【技术特征摘要】
1.一种奥氏体不锈钢的激光增材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将Cr17Ni12Mo2不锈钢粉末和纯Ti粉末混合，得到混合粉末，所述混合粉末中，纯Ti粉末的质量分数为1%~4%；
S2：采用步骤S1所得的混合粉末进行激光3D打印，以制备奥氏体不锈钢成型件；所述激光3D打印的工艺窗口为：激光功率：500W~700W，光斑直径：1.2mm~1.8mm，扫描速度：6mm/s~10mm/s，送粉率：8g/min~12g/min。


2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢的激光增材制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋立军，邹可，李思萌，罗国云，成满平，邹曦，闫周，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43