一种利用双丝CMT增材调控高强钢强塑性的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用双丝CMT增材制造调控高强钢强塑性的方法，具体是由不锈钢丝材和低合金高强钢丝材通过设定的增材工艺使用双丝CMT交替送丝制成，这两种材料的体积分数以及层厚比例可以进行调控，以达到调控高强钢的强度和延展性。该方法制备的高强钢属于异质异构材料，不仅可以在低合金高强钢优异的抗拉强度和不锈钢良好的延伸率范围内调控高强钢的强度和塑性，还可以通过软材和硬材的不均匀变形产生的高背应力获得额外的加工硬化效果，同时大幅提升高强钢的抗拉强度。采用双丝CMT交替熔覆两种普通丝材的方式可以制备这种高强钢，并且该高强钢的抗拉强度并不局限于低合金高强钢丝材的强度，可以同时获得额外的加工硬化效果。化效果。化效果。

【技术实现步骤摘要】
一种利用双丝CMT增材调控高强钢强塑性的方法


[0001]本专利技术属于电弧增材制造
，具体是一种利用双丝CMT调控高强钢强塑性的方法。

技术介绍

[0002]钢铁是工业领域应用最为广泛的材料，且在各行各业的需求度都很高。高强钢是应用较为广泛的一种钢，尤其在桥梁建设、运输、坦克装甲等诸多领域具有不可替代的位置。当高强钢的化学成分确定以后，其强韧性主要取决于钢的微观组织，而不同的加工工艺、热处理工艺都能明显影响钢的组织从而影响其性能。目前主要是从两个方面来优化钢的性能:第一，控制非金属夹杂物的含量及形状等；第二，通过热处理来得到合理的微观组织。
[0003]金属材料的激光增材制造主要由选区激光熔化技术和激光熔融沉积技术。激光增材制造通过激光光束能量熔化待熔覆材料，根据设计模型逐层沉积制备出所需结构。激光增材制造成型精度高，能量精确可控。但是激光增材制造效率低下且设备和原材料成本昂贵，不适合加工大型复杂金属结构件。而电弧增材制造效率高、成本低、加工柔性好，可以对一种或多种金属复杂结构进行直接加工，在大型金属结构件加工方面有独特的优势。在各类电弧增材制造中，CMT增材制造具有更低的热输入、变形更小、无飞溅和极为稳定的电弧，这对高强钢的成型更有利。
[0004]专利《一种提高低合金高强钢综合力学性能的热处理工艺》(申请号201010159100.0)公开了一种提高低合金高强钢综合力学性能的热处理工艺，该热处理方法由循环淬火和回火两部分组成，该方法流程繁杂，制造成本较高，对高强钢的抗拉强度提升有限，并且淬火可能会使材料发生变形和开裂，这对高强钢的使用影响很大。

技术实现思路

[0005]鉴于以上现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种利用双丝CMT增材调控高强钢强塑性的方法，不仅可以获得两种丝材强度和塑性范围内的高强钢，还可以获得额外的加工硬化效果和超出低合金高强钢丝材的抗拉强度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种利用双丝CMT调控高强钢强塑性的方法，该高强钢是使用双丝CMT交替熔覆不锈钢丝材(ER316L)和低合金高强钢丝材(ER120S
‑
G)制备的；增材过程中，增材不锈钢丝材的线能量密度小于400J
·
mm
‑1，增材低合金高强钢丝材的线能量密度小于650J
·
mm
‑1；不锈钢丝材ER316L和低合金高强钢丝材ER120S
‑
G两种材料的体积分数比小于18/25。
[0008]利用双丝CMT调控高强钢强塑性的方法，具体步骤如下：
[0009]1)预设工艺参数：包括根据两种丝材的送丝速度以及沉积速度设定CMT增材的工艺模式、电压、电流、保护气和保护气流量；
[0010]2)控制焊枪距离基板高度，在不锈钢基板上选取起弧点，引燃电弧后，将不锈钢丝
材(ER316L)送至电弧下熔化并按照预设机器人行走轨迹沉积样件第一层；
[0011]3)控制层间温度，待层间温度达到预设值，使用角磨机打磨先前沉积层，将低合金高强钢丝材(ER120S
‑
G)沉积到第二层；
[0012]4)重复步骤2)3)交替往复沉积不锈钢丝材(ER316L)和低合金高强钢丝材(ER120S
‑
G)，直至达到预设尺寸后停止沉积。
[0013]进一步的，按照体积分数设定两种材料的层厚及层数比，优选两种丝材的送丝速度和沉积速度。
[0014]进一步的，不锈钢丝材ER316L的送丝速度为8
‑
8.6M/Min，沉积速度为10.5
‑
12mm/s；低合金高强钢丝材ER120S
‑
G的送丝速度为4.5
‑
5.5M/Min，沉积速度为4
‑
5mm/s。
[0015]进一步的，不锈钢丝材ER316L的工艺模式是CMT，电流为226
‑
243A，电压18.6
‑
19.2V，保护气为Ar+1.5％O2，保护气流量为25L/Min；低合金高强钢丝材ER120S
‑
G的工艺模式是CMT，电流158
‑
184A，电压16.3
‑
16.9V，保护气为Ar气，保护气流量为25L/Min。
[0016]进一步的，控制焊枪距离工件高度为15mm。
[0017]进一步的，控制层间温度，待层间温度达到预设值100℃。
[0018]相对于现有技术，本专利技术有以下优点：1、该方法制备的高强钢在范围内可以调控强度和延展性；2、该方法采用CMT交替沉积不锈钢丝材和低合金高强钢丝材制造，可以通过软材和硬材的不均匀变形产生的高背应力获得额外的加工硬化效果，同时大幅提高高强钢的抗拉强度；3、该高强钢采用电弧熔化方式制备，相对于激光增材方式，制备装置更为简便，设备成本更低；4、采用丝材电弧熔化方式调控高强钢强塑性，使得制造复杂结构高强钢结构件更为简便。
附图说明
[0019]图1为实施例1高强钢沉积试样50倍金相组织照片。
[0020]图2为实施例1高强钢沉积试样(HSS)、纯ER316L和ER120S
‑
G工程应力应变曲线。
[0021]图3为实施例1高强钢沉积试样(HSS)、纯ER316L和ER120S
‑
G加工硬化曲线。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0023]实施例1
[0024]一种利用双丝CMT调控高强钢强塑性的方法，该高强钢是使用双丝CMT交替熔覆不锈钢丝材ER316L和低合金高强钢丝材ER120S
‑
G制备的，其中增材不锈钢丝材的线能量密度为388.8J
·
mm
‑1，增材低合金高强钢丝材的线能量密度为643.8J
·
mm
‑1，所述的不锈钢丝材ER316L和低合金高强钢丝材ER120S
‑
G两种体积分数比为16/25。
[0025]两种丝材的直径为1.2mm。
[0026]具体步骤如下：
[0027]1)预设工艺参数：包括根据两种丝材的送丝速度以及沉积速度设定CMT增材的工艺模式、电压、电流、保护气和保护气流量；
[0028]2)控制焊枪距离基板高度，在不锈钢基板上选取起弧点，引燃电弧后，将不锈钢丝
材(ER316L)送至电弧下熔化并按照预设机器人行走轨迹沉积样件第一层；
[0029]3)控制层间温度，待层间温度达到预设值，使用角磨机打磨先前沉积层，将低合金高强钢丝材(ER120S
‑
G)沉积到第二层；
[0030]4)重复步骤2)3)交替往复沉积不锈钢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用双丝CMT调控高强钢强塑性的方法，其特征在于，该方法为：首先选择双丝CMT交替熔覆不锈钢丝材ER316L和低合金高强钢丝材ER120S
‑
G；进行增材时，控制增材不锈钢丝材ER316L的线能量密度小于400J
·
mm
‑1，增材低合金高强钢丝材ER120S
‑
G的线能量密度小于650J
·
mm
‑1；此外，控制不锈钢丝材ER316L和低合金高强钢丝材ER120S
‑
G两种材料的体积分数比小于18/25。2.根据权利要求1所述的利用双丝CMT调控高强钢强塑性的方法，其特征在于，增材不锈钢ER316L和高强钢ER120S
‑
G的线能量密度通过调控送丝速度和沉积速度进行控制，两种材料的体积分数通过沉积层数量和层厚进行控制。3.根据权利要求1所述的利用双丝CMT调控高强钢强塑性的方法，其特征在于，包括以下具体步骤如下：1)预设工艺参数：包括根据两种丝材的送丝速度以及沉积速度设定CMT增材的工艺模式、电压、电流、保护气和保护气流量；2)控制焊枪距离基板高度，在不锈钢基板上选取起弧点，引燃电弧后，将不锈钢丝材ER316L送至电弧下熔化并按照预设机器人行走轨迹沉积样件第一层；3)控制层间温度，待层间温度达到预设值，使用角磨机打磨先前沉积层，将低合金高强钢丝材ER120S
‑
G沉积到第二层；4)重复步骤2)3)交替往复沉积不锈钢丝材ER316L和低合金高强钢丝材ER1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周琦，轩禹鹏，郭顺，王克鸿，胡美羽，李一男，周杰，李思怡，彭勇，顾介仁，刘捷，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：