用于粉末床熔合增材制造的耐磨硼化物形成铁合金制造技术

本申请涉及可以通过粉末床熔合增材制造来打印的铁(钢)合金组合物。可打印性和各种性能的结合是通过为粉末床熔合工艺专门配制化学品来实现的。学品来实现的。学品来实现的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于粉末床熔合增材制造的耐磨硼化物形成铁合金
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请主张在2021年6月22日提交的美国临时申请号No.63/042202的优先权，其全部内容通过引用包含于此。


[0003]本申请涉及可以通过粉末床熔合增材制造来打印的铁(钢)合金组合物。

技术介绍

[0004]在最普遍的形式中，增材制造(也称为3D打印)涉及材料的逐层沉积以“构建”或“打印”三维物体。以此方式制造有几个优点，包括生产复杂几何形状、减少生产时间、快速创新、消除库存和节省材料成本。
[0005]在工具中，具体而言，随形冷却水道是复杂几何形状的实例，这些通过减材制造是不可能的或是成本限制的。随形冷却水道是内部通道，它紧贴外表面的形状和方向，通过该通道泵送流体以实现最大的热管理。随形冷却水道可以延长工具寿命并减少零件生产周期时间(即由工具生产部件所需的时间)，这两者都可以降低成本。

技术实现思路

[0006]在至少一个实施方式中，提供一种逐层构造金属部件的方法。提供铁基合金的颗粒。铁基合金具有9.0重量％至16.0重量％的Cr；5.0重量％以下的Ni；3.0重量％以下的Mo；3.0重量％以下的Mn；0.1重量％至0.30重量％的C；1.0重量％以下的B。还存在选自Cu、W或V中的一种或多种元素。当Cu存在时，Cu的量为至多2.5重量％；当W存在时，W的量为至多7.5重量％；当V存在时，V的量为至多3.5重量％。铁基合金的余量包含Fe。成形态金属部件至少部分通过粉末床熔合来形成，其包括将颗粒熔化成熔融状态、以及冷却和形成铁基合金的一层或多层凝固层，该铁基合金包含马氏体基体和Cr
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硼化物、当W存在时的W
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硼化物或当V存在时的V
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硼化物中的一种或多种。该成形态部件中具有HRC硬度H1和耐磨性W1(通过ASTM G65
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16el程序A测量的质量损失，单位为克)。对该成形态部件热处理，其中热处理后的部件显示出HRC硬度(H2)和耐磨性(W2)的第二值，其中W2<W1。
[0007]在另一个实施方式中，成形态部件具有至少1000MPa的抗拉强度、至少700MPa的屈服强度、至少0.25％的伸长率和至少40的硬度(HRC)。
[0008]在另一个实施方式中，在热处理后，金属部件具有至少5.0％的伸长率、至少50的HRC硬度和小于或等于1.90的耐磨性(通过ASTM G65
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16el程序A测量的质量损失，单位为克)。
[0009]在另一个实施方式中，所述热处理包括在900℃至1200℃温度下加热0.5至8.0小时。
[0010]在另一个实施方式中，当Cu存在时，Cu的量为0.15重量％至0.30重量％；当W存在时，W的量为0.1重量％至5.5重量％；以及当V存在时，V的量为0.1重量％至2.25重量％。
[0011]在另一个实施方式中，热处理后的合金包含富Cr硼化物相。
[0012]在另一个实施方式中，所述合金包含0.1重量％至5.5重量％的W，并且热处理后的合金包含富W硼化物相。
[0013]在另一个实施方式中，所述合金包含0.1重量％至2.25重量％的V，并且热处理后的合金包含富V硼化物相。
[0014]在另一个实施方式中，所述合金具有9.0重量％至19.0重量％的Cr；至多3.0重量％的Ni；0.2重量％至0.8重量％的Mo；0.75重量％至3.0重量％的Mn；0.1重量％至0.25重量％的C；0.25重量％至0.75重量％的B。
[0015]在另一个实施方式中，在所述合金中，当Cu存在时，Cu的量为至多0.8重量％；当W存在时，W的量为至多5.5重量％；当V存在时，V的量为至多2.5重量％。
[0016]在至少一个实施方式中，逐层构造金属部件的方法，包括提供铁基合金的颗粒，该铁基合金包含9.0重量％至16.0重量％的Cr；2.0重量％至3.0重量％的Ni；0.2重量％至0.8重量％的Mo；0.75重量％至3.0重量％的Mn；0.1重量％至0.25重量％的C；0.25重量％至0.25重量％的B；选自Cu、W或V中的一种或多种元素，其中当Cu存在时，Cu的量为至多0.3重量％，当W存在时，W的量为至多5.5重量％，当V存在时，V的量为至多2.25重量％。铁基合金的余量包含Fe。至少部分通过粉末床熔合来形成一种成形态金属部件，包括将颗粒熔化成熔融状态、以及冷却和形成铁基合金的一层或多层凝固层，该凝固层包含马氏体基体和一种或多种的Cr
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硼化物、当W存在时的W
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硼化物或当V存在时的V
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硼化物。在成形态条件下该部件具有HRC硬度HI和耐磨性W1(通过ASTM G65
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16el程序A测量的质量损失，单位为克)，并对该部件热处理，其中该部件显示出如下的HRC硬度(H2)和耐磨性(W2)的第二值：H2＝H1+/
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10且W2<W1。
附图说明
[0017]图1表示对合金A1计算的Scheil凝固曲线。
[0018]图2表示对合金A3计算的Scheil凝固曲线。
[0019]图3表示对合金A4计算的Scheil凝固曲线。
[0020]图4表示合金A1的计算的马氏体起始温度和在凝固过程中所形成的奥氏体的碳含量。
[0021]图5表示合金A3的计算的马氏体起始温度和在凝固过程中所形成的奥氏体的碳含量。
[0022]图6表示合金A4的计算的马氏体起始温度和在凝固过程中所形成的奥氏体的碳含量。
[0023]图7表示合金Al的PBF打印棒的X射线衍射结果。
[0024]图8表示成型态合金A1的微观结构。
[0025]图9表示成型态合金A3的微观结构。
[0026]图10表示成型态合金A4的微观结构。
[0027]图11表示成型态合金A1的显微照片。
[0028]图12表示成型态合金A2的显微照片。
[0029]图13表示成型态合金A3的显微照片。
[0030]图14表示成型态合金A4的显微照片。
[0031]图15表示合金A1的计算平衡相图。
[0032]图16表示合金A3的计算平衡相图。
[0033]图17表示合金A4的计算平衡相图。
[0034]图18表示在1100℃下2小时的老化步骤热处理后合金A1的PBF打印棒的微观结构。
[0035]图19表示在1100℃下4小时的老化步骤热处理后合金A1的PBF打印棒的微观结构。
[0036]图20表示在1100℃下8小时的老化步骤热处理后合金A1的PBF打印棒的微观结构。
[0037]图21表示在1100℃下2小时的老化步骤热处理后合金A3的PBF打印棒的微观结构。
[0038]图22表示在1100℃下8小时的老化步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种逐层构造金属部件的方法，包括：提供铁基合金的颗粒，所述铁基合金包含：9.0重量％至16.0重量％的Cr；5.0重量％以下的Ni；3.0重量％以下的Mo；3.0重量％以下的Mn；0.1重量％至0.30重量％的C；1.0重量％以下的B；选自Cu、W或V中的一种或多种元素，其中：当Cu存在时，Cu的量为至多2.5重量％；当W存在时，W的量为至多7.5重量％；当V存在时，V的量为至多3.5重量％；铁基合金的余量包含Fe；以及通过粉末床熔合至少部分地形成成形态金属部件，包括将所述颗粒熔化成熔融状态、以及冷却和形成所述铁基合金的一层或多层凝固层，所述铁基合金包含马氏体基体和Cr
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硼化物、当W存在时的W
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硼化物或当V存在时的V
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硼化物中的一种或多种，其中，成形态部件中具有HRC硬度H1和耐磨性W1(通过ASTM G65
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16el程序A测量的质量损失，单位为克)；以及热处理所述部件，其中热处理后的部件显示出HRC硬度(H2)和耐磨性(W2)的第二值，其中W2<W1。2.权利要求1所述的方法，其中，所述成形态部件具有至少1000MPa的抗拉强度、至少700MPa的屈服强度、至少0.25％的伸长率和至少40的硬度(HRC)。3.权利要求1所述的方法，其中，在热处理后，所述金属部件具有至少5.0％的伸长率、至少50的HRC硬度和小于或等于1.90的耐磨性(通过ASTM G65
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16el程序A测量的质量损失，单位为克)。4.权利要求1所述的方法，其中，所述热处理包括在900℃至1200℃温度下加热0.5至8.0小时。5.权利要求1所述的方法，其中，当Cu存在时，Cu的量为0.15重量％至0.30重量％；当W存在时，W的量为0.1重量％至5.5重量％；以及当V存在时，V的量为0.1重量％至2.25重量％。6.权利要求1所述的方法，其中，热处理后的合金包含富Cr硼化物相。7.权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森，
申请(专利权)人：麦克林科格集团公司，
类型：发明
国别省市：