新型15-5PH不锈钢材料及其增材制造方法技术

本申请公开了一种新型15

【技术实现步骤摘要】
新型15
‑
5PH不锈钢材料及其增材制造方法


[0001]本申请涉及超高强度金属材料
，尤其涉及一种新型15
‑
5PH不锈钢材料及其增材制造方法。

技术介绍

[0002]15
‑
5PH钢是一种富Cu相沉淀硬化不锈钢，其Ni含量较高，保证冷却过程中马氏体的生成，避免大量铁素体的存在导致热裂倾向。15
‑
5PH钢因具有较高的强度和耐蚀性被广泛地运用于航空航天、石油化工工业、船舶设施等。高性能的15
‑
5PH钢一般通过锻造方法获得。然而锻造后15
‑
5PH硬度提高，难以加工成复杂零部件，限制了其广泛应用。近年来，随着激光增材制造技术的发展，可实现高性能金属零件的近净成形和修复，逐渐成了加工15
‑
5PH钢的一条重要途径。
[0003]然而，激光增材制造15
‑
5PH钢目前仍然处在实验室研发阶段，迄今为止没有得到大规模的工业应用，所涉及的难点主要体现在以下两个方面：（1）打印过程中产生的夹杂、气孔和未熔粉末等质量缺陷导致的微观组织不均匀，使材料性能产生各向异性；（2）目前用于增材制造的15
‑
5PH钢材料，强度仍比较低，达不到超高强韧钢的要求。

技术实现思路

[0004]本申请的主要目的在于提供一种新型15
‑
5PH不锈钢材料及其增材制造方法，旨在解决现有技术激光增材制造15
‑
5PH钢的强度较低且材料性能具有明显的各向异性的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本申请提供一种新型15
‑
5PH不锈钢材料的增材制造方法，所述新型15
‑
5PH不锈钢材料的增材制造方法包括以下步骤：在15
‑
5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末；将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上，并控制微锻头跟随所述激光移动，进行微锻处理，得到零件；对所述零件进行时效处理，得到新型15
‑
5PH不锈钢材料。
[0006]可选地，所述增材制造原料粉末的粒径为50
‑
150μm。
[0007]可选地，所述在15
‑
5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末的步骤包括：在15
‑
5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备预合金锭；对所述预合金锭进行气雾化处理，过筛后得到增材制造原料粉末。
[0008]可选地，所述在15
‑
5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末的步骤包括：获取15
‑
5PH不锈钢和铝元素，其中，所述15
‑
5PH不锈钢为15
‑
5PH不锈钢粉末，所述15
‑
5PH不锈钢粉末的粒径为50
‑
150μm，所述铝元素为铝粉末，所述铝粉末的平均粒径为60
‑
70μm；
将所述15
‑
5PH不锈钢粉末与所述铝粉末混合，得到增材制造原料粉末。
[0009]可选地，所述增材制造原料粉末中15
‑
5PH不锈钢的质量分数为95
‑
99%，铝的质量分数为1
‑
5%。
[0010]可选地，所述激光加热熔化过程的工艺参数包括：激光功率1.5
‑
2.0 kW；光斑直径0.8
‑
1.5 mm；扫描速度600
‑
1000 mm/s；送粉速率1
‑
12 g/min；保护气体束直径5 mm；保护气体束流量5
‑
25 L/min；单层厚度0.3
‑
1.2mm。
[0011]可选地，所述时效处理的工艺参数包括：时效处理温度480
‑
520℃；保温时间40
‑
120min。
[0012]可选地，所述微锻头的下压力为4
‑
12 KN。
[0013]可选地，所述将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上的步骤包括：获取316不锈钢板材；将所述316不锈钢板材的表面进行喷砂处理和打磨抛光处理，得到基板；将所述基板放置于成形平台上，基于预设的沉积路径，将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上，并同步向熔池吹送保护气体，逐层进行激光熔化沉积。
[0014]进一步地，本申请还提供一种新型15
‑
5PH不锈钢材料，所述新型15
‑
5PH不锈钢材料采用如上所述的新型15
‑
5PH不锈钢材料的增材制造方法制备得到。
[0015]本申请提供了一种新型15
‑
5PH不锈钢材料及其增材制造方法，所述新型15
‑
5PH不锈钢材料的增材制造方法包括步骤：在15
‑
5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末；将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上，并控制微锻头跟随所述激光移动，进行微锻处理，得到零件；对所述零件进行时效处理，得到新型15
‑
5PH不锈钢材料。通过上述技术方案，通过将铝元素添加到15
‑
5PH不锈钢中制备增材制造原料粉末，在时效处理时，零件中可以同时析出B2型NiAl相和富Cu相，析出相的尺寸在10 nm以下，位错体密度大于2.8
×
10
24
/m3，达到双相协同强化效果，相比于现有技术激光熔化沉积制备的15
‑
5PH不锈钢，所述新型15
‑
5PH不锈钢材料由于未经固溶处理直接进行时效处理，可以保留部分残留的奥氏体，故而仍可以保持较好的加工性能，而强度大大提高，可达到1500MPa以上，通过微锻头与熔覆头的联动，在通过激光加热熔化的过程中对还未完全固化的材料进行微锻处理，可以有效地减少孔缺陷和组织的不均匀性，有效减弱了材料性能的各向异性，提高了新型15
‑
5PH不锈钢材料的材料性能的稳定性，降低了新型15
‑
5PH不锈钢材料因性能的各向异性导致的提前失效的风险，克服了现有技术激光增材制造15
‑
5PH钢的强度较低且材料性能具有明显的各向异性的技术问题。
附图说明
[0016]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型15
‑
5PH不锈钢材料的增材制造方法，其特征在于，所述新型15
‑
5PH不锈钢材料的增材制造方法包括以下步骤；在15
‑
5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末；将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上，并控制微锻头跟随所述激光移动，进行微锻处理，得到零件；对所述零件进行时效处理，得到新型15
‑
5PH不锈钢材料。2.如权利要求1所述的新型15
‑
5PH不锈钢材料的增材制造方法，其特征在于，所述增材制造原料粉末的粒径为50
‑
150μm。3.如权利要求2所述的新型15
‑
5PH不锈钢材料的增材制造方法，其特征在于，所述在15
‑
5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末的步骤包括：在15
‑
5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备预合金锭；对所述预合金锭进行气雾化处理，过筛后得到增材制造原料粉末。4.如权利要求2所述的新型15
‑
5PH不锈钢材料的增材制造方法，其特征在于，所述在15
‑
5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末的步骤包括：获取15
‑
5PH不锈钢原料和铝原料，其中，所述15
‑
5PH不锈钢原料为15
‑
5PH不锈钢粉末，所述15
‑
5PH不锈钢粉末的粒径为50
‑
150μm，所述铝原料为铝粉末，所述铝粉末的平均粒径为60
‑
70μm；将所述15
‑
5PH不锈钢粉末与所述铝粉末混合，得到增材制造原料粉末。5.如权利要求1所述的新型15
‑
5PH不锈钢材料的增材制造方法，其特征在于，所述增材制造原料粉末中15

【专利技术属性】
技术研发人员：农晓东，胡晓圻，赵豪，熊孝经，饶衡，毕云杰，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：