[发明专利]一种激光选区熔化低活化铁素体/马氏体钢的组织调控方法

说明书

一种激光选区熔化低活化铁素体/马氏体钢的组织调控方法属于激光增材制造领域。低活化铁素体/马氏体钢的含量按重量(wt％)：0.09‑0.15C，0.05‑0.09Si，0.5‑0.9Mn，8.7‑9.5Cr，0.15‑0.22Ta，0.3‑0.5V，1.7‑2.3W,0.01‑0.03Mo，0.01‑0.03Cu，0.02‑0.05N，0.02‑0.04Al，余量Fe。本发明是采用层间重熔的方式并通过控制工艺参数、扫描策略和温度梯度对低活化铁素体/马氏体钢的组织组成进行调控。最终获得了组织稳定、致密度高、力学性能良好的低活化铁素体/马氏体钢。

技术领域

本发明涉及低活化铁素体/马氏体钢制备领域，具体涉及一种激光选区熔化低活化铁素体/马氏体钢的组织调控方法。

背景技术

核聚变能以释放能量大、原料储备丰富、开采成本低廉、使用安全性能高等一系列优点，被世界各国视为未来清洁能源的第一选择，并对核聚变能的使用进行了大量的研究。

低活化铁素体/马氏体钢是一种具有较低的热膨胀系数、高的热导率、优良的抗肿胀和抗辐照脆性的结构材料，被广泛认为是未来聚变堆包层的首选结构材料。为了更好的适应聚变堆包层的服役环境，提高其服役寿命，通常对低活化铁素体/马氏体钢的元素含量进行调整，可以获得不同特性的材料，再结合不同的制备方式和工艺参数对其组织进行调控，可以获得稳定工作聚变堆包层结构材料。

激光选区熔化(SLM)技术作为一种快速的、精密的金属材料成形工艺，该技术利用激光束产生的热能量作用于金属粉末，使金属粉末快速熔化并快速凝固成形，能够制造高精度、高复杂性的零件。通常在加工之前，需要将工艺参数调整到合适数值，包括激光功率、扫描速度、扫描策略等均对其成形效果有影响，通过调整工艺参数及温度梯度可以对成形材料的组织构成进行调控，从而获得高质量、高性能的低活化铁素体/马氏体钢。

发明内容

本发明提供了一种激光选区熔化低活化铁素体/马氏体钢的组织调控方法。采用自主研发的成分配比，通过热惰性气体雾化法制备了球形度良好，成分均匀的低活化铁素体/马氏体钢。

本发明通过调整激光参数、层间重熔及热梯度设计的方式对低活化铁素体/马氏体钢的质量、组织调控进行调控，最终获了致密度高、力学性能优良的低活化铁素体/马氏体钢。

实现本发明的技术方案是一种激光选区熔化低活化铁素体/马氏体钢的组织调控方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按照元素成分配比制备低活化铁素体/马氏体钢原材料，各元素的含量按重量(wt％)：0.09-0.15C，0.05-0.15Si，0.5-1.3Mn，8.7-11.5Cr，0.15-0.22Ta，0.3-0.9V，1.7-3.2W,0.01-0.13Mo，0.01-0.12Cu，0.02-0.05N，0.02-0.06Al，余量Fe。采用热惰性气体雾化法，首先将氧化镁坩埚抽真空并充入氩气保护，之后用氧化镁坩埚进行熔炼至合金溶液到1450～1750℃，然后浇入中间包开始雾化，雾化介质为氩气，雾化压力2.0～8.0MPa，随后进行筛粉，最终制备了球形度良好，成分均匀的低活化铁素体/马氏体钢粉末，平均粒度300～400目。

(2)使用三维软件对成形零件进行三维建模，模型建立后采用Magics软件对其添加支撑、切片和修复处理。切片厚度20～80μm。，支撑面积比50-80％。改变支撑面积比50-80％，控制导热速率。

(3)根据材料体系设置激光器参数及激光扫描策略：激光功率200～600W，扫描速率600～2500mm/s，层间重熔n＝1～3，光斑直径80～100μm，扫描间隔50～120μm，铺粉厚度20～80μm，每层扫描方向转动0～90°，每个零件选用一个固定角度值直至打印完成。为防止热应力不均导致零件变形，每层扫描方向顺时针α°，即在第一层完成后，第二层扫描方向转动α°，以此类推直至打印完成，α取值范围为0≤α≤90；如果零件不易变形也可以不转动角度，为了热应力更均匀也可以在取值范围内任意取值。