[发明专利]一种利用激光选区熔化技术制备24CrNiMo贝氏体合金钢的方法

说明书

本发明提供一种利用激光选区熔化技术制备24CrNiMo贝氏体合金钢的方法，该方法包括利用激光器按照预先设定的激光选区熔化扫描路径对铺展在基板上的24CrNiMo合金钢粉末进行扫描至粉末熔化的步骤。本发明通过优化工艺参数，利用C、Cr、Ni、Mo等合金元素的作用，在激光选区熔化大的冷却速度下获得组织均匀的贝氏体合金钢，获得的贝氏体组织平均显微硬度达到330‑346HV，抗拉强度为962‑978Mpa，延伸率为16.4‑17.6％，强塑积达到16.1‑16.9Gpa·％，组织具有优异的强韧性匹配。该方法和工艺主要用于24CrNiMo合金钢高铁制动盘的激光选区熔化制造。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种利用激光选区熔化技术制备高强韧性24CrNiMo贝氏体合金钢的方法。

背景技术

Cr-Ni-Mo系低合金高强度钢具有良好的强韧性和较高的耐热性，是目前常用的高速列车制动盘用钢。24CrNiMo合金钢制造高铁制动盘，传统制造方法主要用铸造、锻造加后续热处理、精加工等制造方式，存在着生产周期长、制造成本高、热处理工序复杂等问题，同时核心技术被国外垄断并形成了相关技术保护。

激光选区熔化技术是一种集计算机辅助设计精密机械、数控激光技术和材料科学为一体的全新制造技术，经过几十年的发展，已经成为国内外重点发展的新型产业化技术。增材选区熔化技术在制造金属零部件方面具有高度柔性和快速性，主要体现在(1)十分有利于结构复杂构件的制造；(2)能够大大缩短生产制造周期；(3)显著提高原材料利用率；(4)制造过程具有快速加热/冷却特性，构件形成独特组织和性能。因此，如何利用选择性激光熔化技术发展具有自主知识产权的高铁制动盘制造新技术具有重大的科学研究与实际的应用价值。

近年来，激光选区熔化技术在铁基合金上的研究和应用包括316L，304型不锈钢，快速成形后组织全部或绝大部分为奥氏体，室温抗拉强度为500Mpa级别，延伸率达到30％，强塑积15GPa·％；而应用在18Ni-300马氏体沉淀硬化钢、H13高速钢方面，快速成形后组织大部分由马氏体组成，虽然抗拉强度能达到1200Mpa，但是延伸率只有6％左右，强塑积仅仅为7.2Gpa·％，另外由于马氏体相变带来大的组织应力，激光选区熔化过程中易产生裂纹等缺陷。同时，对于国民经济建设中使用量最大的低合金高强度结构钢的激光增材制造研究和应用较少，这主要与激光选区熔化制造低碳低合金高强度钢过程中物相和相变更加复杂有关。特别是关于24CrNiMo合金钢的激光选区熔化工艺与组织和性能上的研究还未见报道。

贝氏体相变是将钢高温奥氏体化后快冷到贝氏体转变温度区间(260-400℃)后等温，组织将转变为贝氏体。贝氏体组织具有较高的强韧性配合，在硬度相同的情况下贝氏体组织的耐磨性明显优于马氏体，可以达到马氏体的1-3倍。因此，为了使激光选区熔化制造的24CrNiMo合金钢得到良好的组织强韧性匹配，以满足高铁制动盘的性能要求，有必要研究出一种制备24CrNiMo合金钢贝氏体组织的激光选区熔化方法与工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光选区熔化技术制备24CrNiMo贝氏体合金钢的方法。本发明提高激光选区熔化后合金钢组织的强韧性匹配，在快速成形构件拥有高强度的同时，又具有比马氏体组织更好的韧性，减少选区熔化过程中易出现的裂纹问题，同时又不需要经过后续热处理就能够达到目标产品力学性能使用要求。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种利用激光选区熔化技术制备24CrNiMo贝氏体合金钢的方法，该方法包括利用激光器按照预先设定的激光选区熔化扫描路径对铺展在基板上的24CrNiMo合金钢粉末进行扫描至粉末熔化的步骤，其中所述进行扫描时的工艺参数为：激光器输出功率P为1800-2200W，矩形光斑尺寸D为4×4mm，激光束扫描速度V为6-10mm/s，搭接率η为30-50％。