[发明专利]一种提高激光熔化沉积12CrNi2合金钢等温淬火组织强度的热处理方法

说明书

本发明属于金属激光增材制造领域，具体为一种提高激光熔化沉积12CrNi2合金钢等温淬火组织强度的热处理方法，适用于提高各种激光增材制造的复杂结构低碳低合金钢构件的强度。该方法主要包括在铁素体‑奥氏体两相区保温后等温淬火步骤，具体如下：将激光熔化沉积12CrNi2合金钢以50℃/min的升温速度加热至835℃，并保温30min，随炉冷却至740～820℃之间，保温20～60min，再浸入200～300℃的盐浴炉中保温10～30s后，水冷至室温。本发明可有效均匀化激光增材制造合金钢的组织结构，提高激光增材制造合金钢等温淬火组织的强度。

技术领域

本发明属于金属激光熔化沉积领域，具体为一种提高激光熔化沉积12CrNi2合金钢等温淬火组织强度的热处理方法，适用于提高成分相近的各种激光熔化沉积的复杂低合金钢构件的强度。

背景技术

贝氏体是奥氏体快冷到珠光体转变区以下、Ms点(马氏体转变开始温度)以上的中温范围内(如：等温淬火)所形成的由铁素体、渗碳体、残余奥氏体等组成的混合组织。与马氏体相比，贝氏体组织具有较好的塑性、韧性、可焊性和成形性，综合力学性能更好。因此，航空、船舶、石油化工等领域广泛采用贝氏体钢。

为了进一步提高贝氏体钢的综合力学性能，一种由贝氏体和铁素体组成的双相钢逐渐发展起来，其组织通过在铁素体-奥氏体两相区保温，后以适当的冷速控制贝氏体转变获得。这种钢综合了高强度相(贝氏体)和延性相(铁素体)各自的优点，使得双相钢具有更佳的加工硬化能力、强塑性组合和更好的成形性。贝氏体-铁素体双相钢的性能取决于两相的比例和形态(形状，大小和分布)，这需要对双相区保温温度和时间、后续冷却速度以及等温淬火温度和时间等进行调控，同时针对不同材料加以调整。

本次发明涉及的材料为12CrNi2合金钢。此钢的锻件主要用于制备核电应急柴油机凸轮轴，该凸轮轴结构复杂、处理工艺繁琐，因此考虑用激光熔化沉积(lasermeltingdeposition-LMD)技术直接成形。激光熔化沉积技术是以粉末同步送进为主要特征的一种激光增材制造技术(Laser additive manufacturing-LAM)，该技术可解决复杂结构零件的成形问题，大大减少加工工序，缩短加工周期。凸轮轴的服役环境要求其具有较高的强韧性能，其服役组织为贝氏体，性能指标为：抗拉强度1032MPa，屈服强度855MPa，延伸率11.5％。但激光熔化沉积12CrNi2合金钢的显微组织主要是铁素体和少量奥氏体，塑性很好，但其强度不能达到要求(抗拉强度范围为640～660MPa，屈服强度范围为570～590MPa，延伸率范围为20～25％)。经等温淬火处理后，激光熔化沉积12CrNi2合金钢虽然获得贝氏体组织，但其屈服强度仍较低(抗拉强度范围为1100～1150MPa，屈服强度范围为800～850MPa，延伸率范围为11～13％)。因此，为进一步改善激光熔化沉积12CrNi2合金钢的性能，需寻求更佳的双相区保温后等温淬火热处理手段，获得贝氏体-铁素体双相组织。

发明内容：

为了解决激光熔化沉积12CrNi2合金钢等温淬火组织强度低的问题，本发明的目的在于提供一种提高激光熔化沉积12CrNi2合金钢等温淬火组织强度的方法，通过改变铁素体-奥氏体两相区保温温度和时间，或后续等温淬火的温度和时间，来获得高强度的贝氏体-铁素体双相组织，改善激光熔化沉积合金钢的强度。

本发明的技术方案如下：

一种提高激光熔化沉积12CrNi2合金钢等温淬火组织强度的热处理方法，该方法主要包括在铁素体-奥氏体两相区保温后等温淬火步骤，具体如下：

将激光熔化沉积12CrNi2合金钢以50℃/min的升温速度加热至835℃，并保温30min，随炉冷却至740～820℃之间，保温20～60min，再浸入200～300℃的盐浴炉中保温10～30s后，水冷至室温。