[发明专利]一种提高激光熔化沉积12CrNi2合金钢强塑积的热处理方法

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合金钢强塑积的热处理方法，适用于改善复杂结构的激光增材制造合金钢构件强韧性等综合力学性能。该方法为复合双相区(铁素体‑奥氏体区)温度淬火处理，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860℃，并保温30min，然后放入水中淬火；将淬火后合金钢以50℃/min的升温速度加热至200～300℃进行回火处理，保温30～180min，然后在空气中冷却至室温；继续将回火后合金钢以50℃/min的升温速度加热至760～810℃，保温20～60min，然后放入水中冷却至室温。该方法可有效调控激光熔化沉积合金钢的相组成和晶粒尺寸，提高激光熔化沉积合金钢的强塑积。

技术领域

本发明属于金属激光增材制造领域，具体涉及一种提高激光熔化沉积12CrNi2合金钢强塑积的热处理方法，适用于提高成分相近的各种复杂结构的激光增材制造合金钢构件的综合力学性能。

背景技术

12CrNi2合金钢是一种低碳低合金钢，此类钢种作为现阶段较常用的金属结构材料，工业上广泛应用于大尺寸高性能机器零部件。例如：核电用柴油机凸轮轴，其具有复杂的形状结构，投入安全使用的前提是要求合金钢显微组织均匀致密，各部分性能协调，表面高强高硬，芯部高韧。现今国内此类大尺寸复杂形状合金钢构件的生产主要采用传统的成型制造方式，例如：铸造、锻造等。但是，由于其相变及形状的复杂性，其成品率较低，约30％。同时，此类大尺寸复杂形状结构零部件主要依赖于进口，造价较高。

激光熔化沉积(laser melting deposition-LMD)技术是以粉末同步送进为主要特征的一种激光增材制造(Laser additive manufacturing-LAM)技术。采用激光熔化沉积技术成形此类合金钢构件，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。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，但其强度不足，即强塑积较低(抗拉强度范围为640～690MPa，延伸率范围为20～25％，强塑积范围为13.8～16GPa·％)。强塑积为抗拉强度与断后伸长率(即延伸率)的乘积，是衡量金属材料强韧性水平的综合性能指标。激光熔化沉积12CrNi2合金钢的强塑积较低将影响其实际应用。因此，需通过热处理调控激光熔化沉积合金钢的组织结构、提高其综合力学性能。通过直接淬火获得马氏体组织可以显著提高激光熔化沉积12CrNi2合金钢的强度，但同时会大幅降低其韧性。因此，单相马氏体组织并不适合提高合金钢的强塑积。

发明内容

为了解决激光熔化沉积12CrNi2合金钢构件综合力学性能较差的问题，本发明的目的在于提供一种提高激光熔化沉积12CrNi2合金钢强塑积的热处理方法，通过复合双相区温度淬火处理调控合金钢显微组织，实现激光熔化沉积12CrNi2合金钢强韧性的提高。

本发明的技术方案如下：

一种提高激光熔化沉积12CrNi2合金钢强塑积的热处理方法，该方法包括在奥氏体单相区淬火和回火处理获得回火马氏体组织基础上，进行铁素体-奥氏体双相区温度淬火处理步骤，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860℃，并保温30min后，放入水中淬火；将淬火后合金钢以50℃/min的升温速度加热至200～300℃进行回火处理，保温30～180min后，在空气中冷却至室温；继续将回火后合金钢以50℃/min的升温速度加热至760～810℃，保温20～60min后，放入水中冷却至室温。

所述的提高激光熔化沉积12CrNi2合金钢强塑积的热处理方法，在进行热处理前，激光熔化沉积12CrNi2合金钢的技术指标如下：抗拉强度范围为640～690MPa，延伸率范围为20～25％，强塑积范围为13.8～16GPa·％。