一种电弧增材制造马氏体时效钢增韧止裂方法技术

本发明专利技术属于电弧增材织造领域，具体涉及一种电弧增材制造马氏体时效钢增韧止裂方法。对电弧增材构件进行区域划分，分为构件外周的外部区域和构件内的内部区域，外部区域为厚度为3～8mm的奥氏体不锈钢，内部区域为交替增材的马氏体时效钢与奥氏体不锈钢交织区，内部区域马氏体时效钢与奥氏体不锈钢质量比(6

【技术实现步骤摘要】
一种电弧增材制造马氏体时效钢增韧止裂方法


[0001]本专利技术属于电弧增材织造领域，具体涉及一种电弧增材制造马氏体时效钢增韧止裂方法。

技术介绍

[0002]马氏体时效钢由于其良好的强塑性匹配，在航天，装甲防护等众多国防领域有着重要应用。目前，大型块状马氏体时效钢的制造往往是通过电弧熔炼，铸造获得，而小型精密马氏体时效钢构件则可通过激光选区熔化制造。然而，采用电弧熔炼，铸造方式不易获得结构复杂的构件，难以实现近形状制造，而采取激光选区熔化方式虽然可以获得高精度复杂构件，无法实现大型构件的制造，同时由于加热冷却速率极快，极易产生裂纹。
[0003]近年来，电弧增材制造是一种以电弧为热源，利用智能焊接机器人系统自上而下地堆积出所需零件的先进数字化制造技术。然而采用电弧增材制造马氏体时效钢构件，往往会出现应力开裂，同时其增材构件必须经过固溶+时效处理后抗拉强度等力学性能才满足需求，而在热处理过程中，由于需要采用水冷方式，往往导致产生较多的裂纹。而裂纹的产生，往往导致构件的整体综合性能下降，使用寿命大幅缩短，严重的限制了电弧增材马氏体时效钢在国防工业领域的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种马氏体时效钢电弧增材制造增韧止裂方法，以解决目前电弧增材马氏体时效钢过程和构件固溶+时效过程中应力开裂以及裂纹扩展问题。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种电弧增材制造马氏体时效钢增韧止裂方法，对电弧增材构件进行区域划分，分为构件外周的外部区域和构件内的内部区域，外部区域为厚度为3～8mm的奥氏体不锈钢，内部区域为交替增材的马氏体时效钢与奥氏体不锈钢交织区，内部区域马氏体时效钢与奥氏体不锈钢质量比(6
‑
9)：1。
[0006]进一步的，当增材构件总体积小于0.125m3时，采用层间交织；
[0007]当增材构件总体积介于0.125m3与0.512m3之间时，采用道间交织以及层间交织两种方式混合进行；
[0008]当增材构件总体积超过1m3时，采用道内交织、道间交织以及层间交织三种方式混合进行。
[0009]进一步的，具体包括如下步骤：
[0010]步骤(1)：对电弧增材构件进行区域划分，分为外部区域和内部区域，其中外部区域为奥氏体不锈钢，内部区域为马氏体时效钢与奥氏体不锈钢交织区；
[0011]步骤(2)：对步骤(1)中的区域进行增材路径规划；
[0012]步骤(3)：沿增材方向根据试样大小形状每隔40
‑
60mm安装2～6个超声波测应力探头，探头在相应高度下环绕试样一圈，检测构件残余应力；
[0013]步骤(4)：启动电弧增材机器人以及应力检测装置，对底层外部区域以及内部区域
进行电弧增材，当检测出的残余应力大于0.75σ
0.2(奥)
时，执行步骤(5)；小于0.75σ
0.2(奥)
时，继续增材直至内部区域增材结束后进行步骤(6)；
[0014]步骤(5)：对增材构件进行去应力退火，去应力退火结束后继续进行增材；
[0015]步骤(6)：若增材过程中再次出现残余应力大于0.75σ
0.2(奥)
，重复步骤(4)、(5)，直至内部区域增材结束；
[0016]步骤(7)：撤去应力检测装置，关闭机器人，等待增材构件冷却至室温，将增材构件进行固溶+时效处理。
[0017]进一步的，步骤(1)中的内部区域为马氏体时效钢与奥氏体不锈钢交织区的设计具体为：
[0018]每增材M层马氏体时效钢后，增材一层奥氏体不锈钢。
[0019]进一步的，步骤(1)中的内部区域为马氏体时效钢与奥氏体不锈钢交织区的设计具体为：
[0020]马氏体时效钢与奥氏体不锈钢在三维结构上呈现交织分布，即在马氏体时效钢的上下、左右以及前后均为奥氏体不锈钢，使奥氏体不锈钢从各个方向包围马氏体不锈钢，从各个方向上抑制马氏体时效钢应力开裂裂纹的扩展。
[0021]进一步的，步骤(4)中进行电弧增材时，使用双丝熔化极电弧增材，或双丝非熔化极电弧增材；
[0022]当进行层间交织时，采用双丝熔化极电弧增材或双丝非熔化极电弧增材；当进行道间交织时，采用双丝熔化极电弧增材；当进行道内交织时，采用双丝非熔化极电弧增材；
[0023]进行层间交织时，双丝为同种丝材，双丝中心连线与焊枪运动方向垂直；
[0024]进行道间交织时，双丝为异种丝材，双丝中心连线与焊枪运动方向垂直；
[0025]进行道内交织时，双丝为异种丝材，双丝中心连线与焊枪运动方向平行。
[0026]进一步的，异种丝材的双丝分别为18Ni马氏体时效钢焊丝和奥氏体不锈钢焊丝。
[0027]进一步的，步骤(5)中的去应力退火具体为：热处理温度为500～650℃，保温时间2～6h。
[0028]进一步的，步骤(7)的固溶+时效处理具体为：固溶温度为815～850℃，保温时间1～2h；时效温度为450～500℃，保温时间3～8h。
[0029]一种含有奥氏体不锈钢的马氏体时效钢，采用上述的方法制备。
[0030]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
[0031](1)在增材过程中，内部区域采用少量奥氏体不锈钢与大量马氏体时效钢进行复合增材，厚度较小的奥氏体不锈钢将马氏体时效钢包围、分割；在增材过程中，当发生马氏体与奥氏体转变时，由于相变导致的体积变化，从而引起相变应力，同时在不断地热循环下，热应力不断累积，因而会导致基体中存在极大的残余应力，引起变形及裂纹的萌生；本专利技术内部区域的奥氏体不锈钢具有优异的塑性变形能力，可作为应力变形缓冲区，包覆在马氏体时效钢周围，缓解相变以及热应力所最终形成的残余应力而带来的应力变形，同时利用奥氏体不锈钢优异的韧性，对裂纹的低敏感性，抑制马氏体时效钢与奥氏体不锈钢界面处的裂纹扩展。
[0032](2)马氏体时效钢与奥氏体不锈钢的质量比N在6～9，在该区间内，可以获得多种优异的强塑性匹配，其中当8≤N≤9时，可以在几乎不损失纯材马氏体时效钢构件的抗拉强
度的条件下，大幅提高其塑性变形能力及抑制裂纹扩展能力。
[0033](3)固溶+时效热处理时，进行水冷，构件表面冷却速度极快，导致产生极大的残余应力，最易产生淬火裂纹，外部区域采用韧性极佳的奥氏体不锈钢能够防止工件从表面产生应力开裂。
附图说明
[0034]图1为本专利技术的层间交织增材方式示意图。
[0035]图2为本专利技术的道间交织增材方式示意图。
[0036]图3为本专利技术的道内交织增材方式示意图。
[0037]图4为层间交织时，双丝中心连线与焊枪运动方向关系示意图。
[0038]图5为道间交织时，双丝中心连线与焊枪运动方向关系示意图。
[0039]图6为道内交织时，双丝中心连线与焊枪运动方向关系示意图。
具体实施方式
[0040]下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电弧增材制造马氏体时效钢增韧止裂方法，其特征在于，对电弧增材构件进行区域划分，分为构件外周的外部区域和构件内的内部区域，外部区域为厚度为3～8mm的奥氏体不锈钢，内部区域为交替增材的马氏体时效钢与奥氏体不锈钢交织区，内部区域马氏体时效钢与奥氏体不锈钢质量比(6
‑
9)：1。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当增材构件总体积小于0.125m3时，采用层间交织；当增材构件总体积介于0.125m3与0.512m3之间时，采用道间交织以及层间交织两种方式混合进行；当增材构件总体积超过1m3时，采用道内交织、道间交织以及层间交织三种方式混合进行。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤(1)：对电弧增材构件进行区域划分，分为外部区域和内部区域，其中外部区域为奥氏体不锈钢，内部区域为马氏体时效钢与奥氏体不锈钢交织区；步骤(2)：对步骤(1)中的区域进行增材路径规划；步骤(3)：沿增材方向根据试样大小形状每隔40
‑
60mm安装2～6个超声波测应力探头，探头在相应高度下环绕试样一圈，检测构件残余应力；步骤(4)：启动电弧增材机器人以及应力检测装置，对底层外部区域以及内部区域进行电弧增材，当检测出的残余应力大于0.75σ
0.2(奥)
时，执行步骤(5)；小于0.75σ
0.2(奥)
时，继续增材直至内部区域增材结束后进行步骤(6)；步骤(5)：对增材构件进行去应力退火，去应力退火结束后继续进行增材；步骤(6)：若增材过程中再次出现残余应力大于0.75σ
0.2
，重复步骤(4)、(5)，直至内部区域增材结束；步骤(7)：撤去应力检测装置，关闭机器人，等...

【专利技术属性】
技术研发人员：范霁康，张建，马立，杨东青，王克鸿，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：