一种针对残余应力调控的AM奥氏体不锈钢的复合处理工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种增材制造奥氏体不锈钢的复合处理方法，属于增材制造技术，本发明专利技术创新性的结合热处理和低温气体渗碳的方式，不仅能够有效的降低增材制造奥氏体不锈钢的整体拉伸残余应力（<50 MPa），而且可以在具有复杂结构的零部件表面引入极大的压缩残余应力（>

【技术实现步骤摘要】
一种针对残余应力调控的AM奥氏体不锈钢的复合处理工艺


[0001]本专利技术属于增材制造技术，具体涉及一种针对残余应力调控的增材制造(AM)奥氏体不锈钢的复合处理工艺。

技术介绍

[0002]奥氏体不锈钢(AusteniticStainlessSteel)具有优异的耐腐蚀性、良好的韧性、易加工性，广泛应用于化工、能源、船舶、食品、医疗等各个轻工业以及先进制造业等领域。但是奥氏体不锈钢的表面硬度较低，在实际应用中的耐磨性和抗疲劳性能不足，限制了进一步的应用。
[0003]科学技术的快速发展使得增材制造(AdditiveManufacturing，简称AM)技术受到了越来越多的关注。增材制造技术克服了传统技术制造具有复杂形状的金属零件带来的困扰，它能直接成型出近乎全致密且力学性能良好的金属零件。然而，大量的研究表明增材制造零部件表面不可避免的存在较大的拉伸残余应力(>500MPa)。而，较大的拉伸残余应力的存在，使得零部件在实际的工况中很容易发生疲劳破坏，严重影响设备的寿命和可靠性。
[0004]使用后热处理的方式可以有效的降低整体拉伸残余应力水平，以此提高零部件的疲劳寿命。但是仅仅通过热处理的方式带来疲劳性能的提升有限。Riemer等人在《Onthefatiguecrackgrowthbehaviorin316Lstainlesssteelmanufacturedby selectivelasermelting》一文中通过对AM奥氏体不锈钢进行650℃下的热处理，发现疲劳性能仅有10％左右的提升，并没有达到预期的强化效果。
[0005]表面强化可以通过引入表面压缩残余应力的方式，提高零部件的疲劳寿命。表面强化的工艺被广泛应用于传统制造的零部件中，Huang等人在《Fatigue behaviorsofAISI316Lstainlesssteelwithagradientnanostructuredsurfacelayer》一文中对奥氏体不锈钢进行表面强化试验证明了，表面强化对于疲劳性能提升的有效性。但是对于具有复杂结构的增材制造零部件，传统的表面强化方式很难获得有效的强化效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出了一种针对残余应力调控的AM奥氏体不锈钢的复合处理工艺，通过调控AM奥氏体不锈钢残余应力，以提高材料的抗疲劳性能。
[0007]实现本专利技术的技术解决方案为：一种针对残余应力调控的AM奥氏体不锈钢的复合处理工艺，其特征在于，采用增材制造方法制得奥氏体不锈钢成型构件，再对奥氏体不锈钢成型构件进行复合处理，包括以下步骤：
[0008]第一步、对制备的拉伸残余应力>500MPa的增材制造奥氏体不锈钢成型构件进行热处理，热处理温度为850
‑
950℃，保温1
‑
4h后空冷，得到热处理后的构件，此时的拉伸残余应力控制在50MPa以内，转入第二步。
[0009]第二步、对热处理后的构件进行电解抛光处理，使用0.1
‑
0.5A/cm2的电流密度处理2
‑
6h，得到电解抛光后的构件，能够有效的降低电解抛光后的构件的表面粗糙度，转入第
三步。
[0010]第三步、对电解抛光后的构件进行低温气体渗碳处理，得到复合处理后的构件，并在复合处理后的构件表面引入大于2000MPa的压缩残余应力，以获得表面强化的AM构件。
[0011]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
[0012](1)使用本专利技术的复合处理工艺中的热处理(850
‑
950℃下1
‑
4h)后，AM奥氏体不锈钢构件的整体残余应力水平可以由原始的>500MPa降低至50MPa以内。经过拉伸残余应力的大幅降低(95％以上)，能够显著的降低构件服役过程中的应力水平，从而提高构件的抗疲劳性能。
[0013](2)经过本专利技术的复合处理工艺中的低温气体渗碳表面强化处理后，可以在具有复杂结构的AM奥氏体不锈钢构件的表面硬引入一层均匀的30微米厚的强化层，该强化层具有>2000MPa的压缩残余应力。通过引入极大的压缩残余应力，能够有效抑制疲劳裂纹的萌生，提高构件的抗疲劳性能。
[0014](3)使用本专利技术的复合处理工艺(热处理+低温气体渗碳)后，在降低整体拉伸应力水平(<50MPa)的同时，可以在表面引入巨大的压缩残余应力(>
‑
2000MPa)。经过复合处理后，残余应力的特殊分布能够显著提高构件的抗疲劳性能，疲劳极限可以提高30％以上。
附图说明
[0015]图1为本专利技术复合处理工艺的流程图。
[0016]图2为本专利技术复合处理热处理前后构件残余应力沿深度分布图。
[0017]图3为本专利技术复合处理热处理前后构件微观组织图。
[0018]图4为本专利技术复合处理工艺时间温度流程图。
[0019]图5为300MPa应力下的复合处理前后疲劳寿命对比图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围指内。
[0022]下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次专利技术的技术难点、专利技术点进行进一步介绍。
[0023]结合图1～图5，一种针对残余应力调控的AM奥氏体不锈钢的复合处理工艺，首先采用增材制造方法制得奥氏体不锈钢成型构件(SLM316L试样采用选区激光熔化增材制造设备(SLM
‑
125HL)，工艺参数如下：激光功率为200W、扫描速度为800mm/s、层厚为30μm、扫描间距为120μm)。得到的成型构件的拉伸残余应力>500MPa再对AM构件进行复合处理，复合处理过程包括以下步骤：
[0024]第一步、将AM构件置于热处理炉中随炉加热至850
‑
950℃，保温1
‑
4h后空冷，得到
热处理后的AM构件，此时热处理后的AM构件的拉伸残余应力水平降低至<50MPa。
[0025]进一步的，热处理炉以5
‑
15℃/min的升温速率加热至850
‑
950℃，该升温速率可以保证温度的均匀性。
[0026]第二步、将第一步得到的热处理后的AM构件，置于电解抛光液中，使用0.1
‑
0.4A/cm2的电流密度处理2
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对残余应力调控的AM奥氏体不锈钢的复合处理工艺，其特征在于，采用增材制造方法制得奥氏体不锈钢成型构件，再对奥氏体不锈钢成型构件进行复合处理，包括以下步骤：第一步、对制备的拉伸残余应力>500MPa的增材制造奥氏体不锈钢成型构件进行热处理，热处理温度为850
‑
950℃，保温1
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4h后空冷，得到热处理后的构件，此时的拉伸残余应力控制在50MPa以内，转入第二步；第二步、对热处理后的构件进行电解抛光处理，使用0.1
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0.5A/cm2的电流密度处理2
‑
6h，得到电解抛光后的构件，能够有效的降低电解抛光后的构件的表面粗糙度，转入第三步；第三步、对电解抛光后的构件进行低温气体渗碳处理，得到复合处理后的构件，并在复合处理后的构件表面引入大于2000MPa的压缩残余应力，以获得表面强化的AM构件。2.根据权利要求1所述的一种针对残余应力调控的AM奥氏体不锈钢的复合处理工艺，其特征在于，第一步中，热处理采用热处理炉进行，奥氏体不锈钢成型构件随炉升温至850
‑
950℃，升温速率控制在5
‑
15℃/min。3.根据权利要求1所述的一种针对残余应力调控的AM奥氏体不锈钢的复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭亚伟，冯雅健，段涵，赵贞旭，姜勇，巩建鸣，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：