一种高强度高加工硬化不锈钢增材制造方法技术

本发明专利技术提供了一种TIG电弧增材制造高强度高加工硬化304不锈钢材料的制备方法，属于合金涂层及其制备技术领域。本发明专利技术的具体制备方法为：将ER304焊丝放入氩弧焊机的送丝器中均匀送丝，对45号钢基材表面进行熔覆，制备得到的不锈钢熔覆层的力学性能相对于传统的304不锈钢板材有很大提高，满足实际生产需要，并促进了不锈钢材料在表面工程上的广泛应用，本发明专利技术制备304不锈钢材料的成本低、工作效率高、减少凝固缺陷、适应性强。在平面上单道电弧熔覆平均厚度为1mm左右，熔覆后未发现裂纹。严格按照本发明专利技术的制备方法制备得到的电弧熔覆工件，具有高强度和高加工硬化特点，大大提高了使用性能，减少了材料破坏，大幅提高了使用寿命。大幅提高了使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高加工硬化不锈钢增材制造方法


[0001]本专利技术属于合金涂层及其制备
，具体涉及一种高强度高加工硬化不锈钢增材制造方法。

技术介绍

[0002]304不锈钢因具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和优异的焊接性、良好的成形性而成为应用最为广泛的一种铬
‑
镍不锈钢。但其强度相对较低，限制了其在一些对强度要求较高的服役环境下的应用，因此提高其强度不仅能扩展其应用范围还能很大程度上减少材料的破坏失效和消耗，对资源的可持续发展有着重要的意义。
[0003]45钢作为一种综合性能良好的优质碳素结构钢，广泛应用于机械领域，但其在服役环境下易生锈，从而导致材料损失或失效。目前工业中主要通过电镀Cr技术在基体表面制备耐蚀涂层，但电镀Cr技术具有比较严重的环境污染问题，多数国家已对电镀Cr技术产业进行了限制，对其在表面改性方面的应用有一定制约。激光熔覆技术具有比较小的环境污染，在业内有一定的推广应用，但其稀释率高，热输入大，后续加工材料去除量大，造成极大的材料浪费，限制了其大规模的推广应用。最近兴起的超高速激光熔覆技术虽然规避了常规激光熔覆的缺点，但其加工成本太高以及技术不成熟而导致其应用广泛性不高。

技术实现思路

[0004]在本专利技术旨在针对现有技术中的上述不足，提供一种高强度高加工硬化不锈钢增材制造方法，以期改善或解决上述问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种高强度高加工硬化不锈钢增材制造方法，包括以下步骤：S1、对45钢基材进行预处理；S2、熔覆前将熔覆部位缓慢均匀预热；S3、将预处理后的45钢基材采用三爪卡盘固定于设备的坐标系内；S4、将焊丝安装在氩弧装置的送丝器中；S5、确定最佳熔覆工艺参数；S6、根据最佳的工艺参数采用氩弧熔覆方法通过均匀送丝在45钢基材表面制备高强度高加工硬化不锈钢材料；优选地，S1中的预处理，包括：依次采用400#、800#、1200#、1500#、2000#砂纸打磨45钢基材，进行除锈处理，并用丙酮和酒精清洗，干燥。
[0006]优选地，S2中的均匀预热温度控制在150℃～200℃。
[0007]优选地，焊丝的型号为ER304不锈钢焊丝，直径为Φ1.2 mm。
[0008]优选地，S5中的最佳熔覆工艺参数，包括：熔覆电流150 A，热丝电流55 A，熔覆速度90 mm /min，气体流量为15 L/min，出丝
速度为0.3 m/min，搭接间距为
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3.5 mm。
[0009]优选地，在熔覆前对焊丝进行预热处理，热丝电流为55A。
[0010]本专利技术采用电弧熔覆方法在45钢基材上熔覆制备304不锈钢材料，通过调整熔覆过程的工艺参数来制备力学性能优良的不锈钢熔覆材料。本专利技术的优点在于：（1）本专利技术提出了一种用电弧熔覆方法制备高强度高加工硬化不锈钢材料的可行性，采用本专利技术制备的不锈钢材料最大抗拉强度为1148Mpa，远超45钢和304不锈钢板材；其加工硬化指数也得到大幅提高，接近45钢的3倍，甚至超过了304不锈钢板材的5倍；（2）采用本专利技术工艺方法在45钢基材上熔覆制备的304不锈钢材料，其表面平整度高，无裂纹、气孔及夹杂等缺陷，且未改变304不锈钢的基本相组成，晶粒为大小均匀的细小树枝晶，与基材形成良好的冶金结合，综合力学性能优良、耐腐蚀性好，且工艺周期短，材料浪费少。
附图说明
[0011]图1本专利技术制备的304不锈钢熔覆层的截面显微组织及能谱分析。
[0012]图2本专利技术制备的304不锈钢熔覆层的XRD图。
[0013]图3本专利技术制备的304不锈钢熔覆层及304不锈钢板材的室温拉伸应力
‑
应变曲线。
具体实施方式
[0014]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0015]根据本申请的实施例，本方案的一种高强度高加工硬化不锈钢增材制造方法，包括：S1、对45钢基材进行预处理，具体包括：依次采用400#、800#、1200#、1500#、2000#砂纸打磨45钢基材，进行除锈处理，并用丙酮和酒精清洗，干燥。
[0016]S2、熔覆前将熔覆部位缓慢均匀预热；S3、将预处理后的45钢基材采用三爪卡盘固定于设备的坐标系内；S4、将焊丝安装在氩弧装置的送丝器中；S5、确定最佳熔覆工艺参数；S6、根据最佳的工艺参数采用氩弧熔覆方法通过均匀送丝在45钢基材表面制备高强度高加工硬化不锈钢材料；优选地，S2中的均匀预热温度控制在150℃～200℃。
[0017]优选地，焊丝的型号为ER304不锈钢焊丝，直径为Φ1.2 mm。
[0018]优选地，S5中的最佳熔覆工艺参数为熔覆电流150 A，热丝电流55 A，熔覆速度90 mm /min，气体流量为15 L/min，出丝速度为0.3 m/min，搭接间距为
‑
3.5 mm。
[0019]图1为304不锈钢熔覆层的截面显微组织及能谱分析，由图可知熔覆层材料与基材界面处无明显的裂纹、孔洞或者夹杂，界面线呈冶金结合，证明了304不锈钢熔覆层材料与
基材结合充分，界面强度较高。其中位于熔覆层顶部的组织为晶粒大小相似的等轴晶，生长方向各异，组织均匀。熔覆层中部为典型的树枝晶，树枝晶的生长方向与熔覆层的堆积方向一致。熔覆层底部为晶粒较粗大的胞状晶，从而使熔覆层力学性能更加优良，并具有高加工硬化能力。由能谱图可以看出熔覆层中Cr、Ni含量较多，C含量较少。
[0020]图2为304不锈钢熔覆层的XRD图，从图中可以看出，发现 XRD 图中存在α`
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(Fe,C)和γ
‑
(Fe,C)强峰，说明本专利技术电弧制造工艺没有改变304不锈钢的相组成。
[0021]图3为45钢基材、304不锈钢熔覆层及304不锈钢板材的室温拉伸应力
‑
应变曲线，结果表明，304不锈钢熔覆层的最大抗拉强度超过1000Mpa，接近1200 Mpa，比304不锈钢板材的抗拉强度高出大约300 Mpa，更是接近45钢基材抗拉强度的2倍，由此看出熔覆层抗拉强度较高，力学性能优良。虽然熔覆层的应变比304不锈钢板材要低，但其超过50%的应变，已经能满足实际工作要求，达到了良好的强塑性匹配效果。由图中材料断裂前的曲线斜率还可以看出，304不锈钢熔覆层拥有明显高于45钢基材和304不锈钢板材的加工硬化能力。上述优势为其在工业生产中得到更广泛的应用提供了理论基础。
[0022]对比实施例体为了进一步说明所述实施例304不锈钢熔覆层材料优异的力学性能，突出本专利技术的说服力，特举以下对比实施例进行对比。
[0023]对比实施例1：一种CMT电弧熔丝增材制造30本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度高加工硬化不锈钢增材制造方法，其特征在于，包括：S1、对45钢基材进行预处理；S2、熔覆前将熔覆部位缓慢均匀预热；S3、将预处理后的45钢基材采用三爪卡盘固定于设备的坐标系内；S4、将焊丝安装在氩弧装置的送丝器中；S5、确定最佳熔覆工艺参数；S6、根据最佳的工艺参数采用氩弧熔覆方法通过均匀送丝在45钢基材表面制备高强度高加工硬化不锈钢材料。2.如权利要求1所述的一种高强度高加工硬化不锈钢增材制造方法，其特征在于，所述S1中的预处理，其特征在于：依次采用400 #、800 #、1200 #、1500 #、2000#砂纸打磨45钢基材，进行除锈处理，并用丙酮和酒精清洗，干燥。3.如权利要求1所述的一种高强度高加工硬化不锈钢增材制造方法，其特征在于，所述S2中的均匀预热，其特征在于，均匀预热的温度控制在150℃～200℃。4.如权利要求1所述的一种高强度高加工硬化不锈钢增材制造方法，其特征在于，焊丝的型号为ER304不锈钢焊丝，直径为Φ1.2 mm。5.如权利要求1所述的一种高...

【专利技术属性】
技术研发人员：仝永刚，王开心，张熙彬，胡永乐，吉希希，王开明，蔡志海，柳建，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：