[发明专利]一种激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法

说明书

本发明涉及一种激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法，所述方法包括打印工艺步骤、第一热处理步骤、热等静压步骤、第二热处理步骤。本发明针对40CrNi2Si2MoVA合金钢开发了新的打印工艺参数，有效的减少了打印裂痕出现的频率，实现了结构复杂超高强度钢零件的一次成形，减少了后续加工余量、缩短了开发周期、降低了研发成本，满足了结构复杂且需求量较低的产品的生产需要。同时，在增材制造的基础上通过热等静压及热处理方法改善了其中的缺陷，使材料的力学性能得到进一步提升。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，特别涉及一种激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法。

背景技术

我国航空航天事业近年来蓬勃发展，尤其在高超音速飞行器领域取得了一系列令人瞩目的成就。高超音速飞行器是本世纪正在研发的前沿科技的新项目。它又被称作“近空间高超音速飞行器”(NSHV)。这种飞行器飞行高度可离地面20-100km的大气层空间，这一空间位于低轨卫星轨道的下方、一般飞机的飞行高度的上方，包括大气平流层、中间层和部分热层。高超音速飞行器的飞行速度是高于5倍音速(即5马赫)，或超过6000千米/小时。由于飞行器外壳结构复杂，且无需大批量生产，因此通常采用激光增材制造结合热等静压及其后热处理的方法制造。目前诸多高端合金钢零件存在结构复杂，且不用于大批量生产的问题，传统的铸造方法成本高，存在资源浪费，对于这一问题本发明提出一种采用激光增材制造结合热等静压及其相关后热处理的方法，代替传统的铸造方法来完成特殊零件的成形。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法，该方法实现了结构复杂超高强度钢零件的一次成形，减少了后续加工余量、缩短了开发周期、降低了研发成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种激光增材制造40CrNi2Si2MoVA合金钢的打印及后处理方法，所述方法包括如下步骤：

打印工艺步骤：采用SLM(选区激光熔化)设备，设置扫描速度为600-1200mm/s，打印功率为120W-150W，粉末直径为15-53μm，以及为防止产生裂痕选取打印层厚为15-25μm，以形成一种带有支撑的打印样品；

第一热处理步骤：正火900-950℃保温1-2h，炉冷至550-650℃进行常压气冷至室温；再退火650-700℃保温4-5h，炉冷至350-450℃进行常压气冷至室温；

热等静压步骤：在100-200MPa压力下，对第一热处理后的打印样品采用1000-1200℃保温4-8h后，以10-20℃/min冷却至300-400℃进行降压气冷至室温；

第二热处理步骤：对热等静压处理后的打印样品进行固溶处理，采用850-870℃保温1-2h后进行油淬冷却至室温；再回火200-400℃保温1-2h后进行常压气冷至室温。

优选地，打印工艺步骤完成6小时内进行第一热处理步骤。

优选地，第一热处理步骤中还包括：退火处理后去除所述支撑。

优选地，第一热处理步骤中还包括：退火处理后至热等静压处理的转运过程中对打印样品的表面进行喷砂，以防止生锈。

优选地，热等静压步骤中还包括：对第一热处理后的打印样品进行吊装，调整垂直度为正负不超过5度。

优选地，第一热处理后的打印样品的致密度＞98％。

优选地，第一热处理后的打印样品的尺寸为150mm×20mm×20mm。

优选地，热等静压步骤优选在120MPa压力下进行。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：