用于奥氏体不锈钢增材制造的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术的一个目的在于提供一种用于奥氏体不锈钢增材制造的方法，其能够实现在保证高效率增材制造的同时，能够有效提升增材制造奥氏体不锈钢零件的力学性能。本发明专利技术的另一个目的在于提供一种用于奥氏体不锈钢增材制造的装置。为实现前述目的的用于奥氏体不锈钢增材制造的方法包括：获取待成形零件的三维模型；将三维模型切片分层；逐层打印三维模型，其中每打印三维模型的一层后，对已打印的零件部分进行降温处理，直至零件部分的表面温度降低至第一温度以下后，继续打印三维模型的下一层；将打印完成的零件加热至第二温度区间内进行保温；其中，第一温度为600℃，第二温度区间低于零件的固溶热处理的温度区间。于零件的固溶热处理的温度区间。于零件的固溶热处理的温度区间。

【技术实现步骤摘要】
用于奥氏体不锈钢增材制造的装置及方法


[0001]本专利技术涉及增材制造领域，尤其涉及一种用于奥氏体不锈钢增材制造的方法。

技术介绍

[0002]奥氏体不锈钢是一种在常温下具有稳定奥氏体组织的不锈钢，其具有良好的耐腐蚀性能、高温力学性能、可加工性和焊接性，广泛应用于航天、航空、能源、船舶和化工等领域。奥氏体不锈钢无磁性而且韧性和塑性较高，但强度较低，不能通过固溶或者相变使之强化，只能通过冷轧、热轧和锻造等变形加工提高其强度。现有的奥氏体不锈钢热处理工艺是将其加热到固溶温度区间保温一段时间后快速冷却，其目的是将加工中产生的碳化物以及σ相等溶解，获得单一的奥氏体组织，以保证良好的耐腐蚀性能。而当温度过高或者保温时间过长，则会导致晶粒长大降低强度和塑性。
[0003]增材制造是一种通过逐层熔化沉积材料制造三维实物的技术，其中金属增材制造技术是将快速原型技术和金属熔覆技术相结合的一种先进制造技术。该技术使用激光、电子束和电弧等热源按照扫描路径逐道逐层熔化沉积金属粉末或者丝材，直至形成需要进行少量加工的零件毛坯。增材制造技术最大的特点是制造过程无需专用的模具，增加了制造工艺的生产效率和柔性，又极大地节省了工装和生产成本。
[0004]为了提高成形效率，缩短制造周期，一般采用较大功率的热源对奥氏体不锈钢零件进行增材制造。然而专利技术人发现，现有对奥氏体不锈钢零件进行增材制造的方法常常会导致零件内部晶粒粗大，进而降低了零件的力学性能，又由于增材制造奥氏体不锈钢零件无法进行变形加工提高强度，在传统的1000～1050℃温度下的固溶处理会降低其强度。现有对于奥氏体不锈钢零件进行增材制造的方法缺乏提升成形效率的同时、有效提升增材制造奥氏体不锈钢零件的力学性能的方法，严重制约了增材制造奥氏体不锈钢在航天、航空、能源、船舶和化工等领域的发展和应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种用于奥氏体不锈钢增材制造的方法，其能够实现在保证高效率增材制造的同时，能够有效提升增材制造奥氏体不锈钢零件的力学性能。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种用于奥氏体不锈钢增材制造的装置，其能够采用前述奥氏体不锈钢增材制造的方法成形零件。
[0007]为实现前述目的的一种用于奥氏体不锈钢增材制造的方法，包括：
[0008]获取待成形零件的三维模型；
[0009]将所述三维模型切片分层，并针对每一层进行打印路径规划；
[0010]采用电弧熔丝增材制造工艺逐层打印所述三维模型，其中每打印所述三维模型的一层后，对已打印的零件部分进行降温处理，直至所述零件部分的表面温度降低至第一温度以下后，继续打印所述三维模型的下一层；
[0011]将打印完成的零件加热至第二温度区间内进行保温；
[0012]其中，所述第一温度为600℃，所述第二温度区间低于所述零件的固溶热处理的温度区间。
[0013]在一个或多个实施方式中，所述第二温度区间为600℃至800℃。
[0014]在一个或多个实施方式中，所述降温处理包括：对所述已打印的零件部分的表面吹拂低温惰性气体。
[0015]在一个或多个实施方式中，所述惰性气体为氩气、氦气及其混合气体。
[0016]在一个或多个实施方式中，同时对所述已打印的零件部分的上表面以及侧面吹拂低温惰性气体。
[0017]在一个或多个实施方式中，通过温度检测单元对所述已打印的零件部分的表面温度进行监测。
[0018]在一个或多个实施方式中，所述温度检测单元为红外测温装置。
[0019]在一个或多个实施方式中，所述电弧熔丝增材制造工艺的加工参数包括：
[0020]电弧电流为150A至350A，电弧电压为18V至30V，扫面速度400mm/min至800mm/min，送丝速度为5m/min至12m/min，丝材直径为0.8mm至1.2mm；其中，所述三维模型切片分层后的每层厚度为1.2mm至2.2mm。
[0021]在一个或多个实施方式中，所述方法用于制备316L奥氏体不锈钢或304L奥氏体不锈钢零件。
[0022]为实现前述另一目的的用于奥氏体不锈钢增材制造的装置，其采用如前所述的用于奥氏体不锈钢增材制造的方法制备零件；
[0023]所述装置包括：
[0024]成形基板，用于承载所述待成形零件；
[0025]电弧焊枪，设置于所述成形基板上侧，用于采用电弧熔丝增材制造工艺逐层打印所述待成形零件；以及，
[0026]冷却气流装置，设置于所述待成形零件外周测，用于通入惰性气体。
[0027]本专利技术的增益效果在于：本用于奥氏体不锈钢增材制造的方法，在打印过程中的每层成形结束后，持续对成形层表面吹低温惰性气体，加快成形层冷却速度，同时采用红外检测手段检测成形层上表面温度，当温度低于设定值600摄氏度后，再进行下一层的成形。采用上述控温手段，可以细化奥氏体晶粒，同时使得大量高温铁素体相以骨骼状保留在晶粒内部。零件成形结束后，将零件加热到低于固溶温度的范围内(600℃～800℃)进行保温，使得部分残余铁素体转变为σ相弥散分布在奥氏体晶粒内部，解决了增材制造奥氏体不锈钢零件无法通过有效途径强化的缺点，起到强化作用，提升零件力学性能，从而为实现奥氏体不锈钢零件的高效高性能增材制造提供基础。
附图说明
[0028]本专利技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
[0029]图1示意性地示出了用于奥氏体不锈钢增材制造的装置一个实施方式的示意图；
[0030]图2示出了用于奥氏体不锈钢增材制造的方法的流程示意图；
[0031]图3示出了增材制造后的316L奥氏体不锈钢零件沉积态特征；
[0032]图4示出了增材制造后的316L奥氏体不锈钢零件热处理后的组织形貌特征。
具体实施方式
[0033]下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本申请的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。
[0034]需要注意的是，在使用到的情况下，如下描述中的上、下、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于奥氏体不锈钢增材制造的方法，其特征在于，包括：获取待成形零件的三维模型；将所述三维模型切片分层，并针对每一层进行打印路径规划；采用电弧熔丝增材制造工艺逐层打印所述三维模型，其中每打印所述三维模型的一层后，对已打印的零件部分进行降温处理，直至所述零件部分的表面温度降低至第一温度以下后，继续打印所述三维模型的下一层；将打印完成的零件加热至第二温度区间内进行保温；其中，所述第一温度为600℃，所述第二温度区间低于所述零件的固溶热处理的温度区间。2.如权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢增材制造的方法，其特征在于，所述第二温度区间为600℃至800℃。3.如权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢增材制造的方法，其特征在于，所述降温处理包括：对所述已打印的零件部分的表面吹拂低温惰性气体。4.如权利要求3所述的用于奥氏体不锈钢增材制造的方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气、氦气及其混合气体。5.如权利要求3所述的用于奥氏体不锈钢增材制造的方法，其特征在于，同时对所述已打印的零件部分的上表面以及侧面吹拂低温惰性气体。6.如权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢增材制造的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓晖，雷力明，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：