马氏体时效钢及其增材制造方法与流程

本发明涉及合金材料，尤其涉及一种马氏体时效钢及其增材制造方法。

背景技术：

1、马氏体时效钢具有高强度、高延展性、良好的淬透性以及良好的焊接性能的优点，因此被广泛应用于航空航天、军工、模具等领域。然而，采用传统方法制造马氏体时效钢构件往往存在工艺和工序复杂、成形技术难度大、材料利用率低、制造成本高等问题，制约了马氏体时效钢结构件的进一步发展和应用。激光增材制造技术可实现高性能复杂金属构件的近净成形，逐渐成为制备马氏体时效钢零件的一条重要途径。

2、目前，常用于增材制造的马氏体时效钢如18ni(200)，18ni(250)，18ni(300)，18ni(350)等传统的fe-ni基马氏体时效钢，均含有co、mo等贵金属元素，由于co、mo元素短缺且价格持续上涨，导致马氏体时效钢的制备成本高。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种马氏体时效钢及其增材制造方法，旨在解决目前应用于增材制造方法的马氏体时效钢的制备成本高的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种马氏体时效钢，采用增材制造方法制备，以重量百分比计，所述马氏体时效钢包括：0.03％-0.15％的c、17.0％-22.0％的ni、2.0％-6.5％的al和0.05％-0.25％的nb，余量为fe。

3、可选地，所述马氏体时效钢还包括0.10％-0.30％的mn。

4、可选地，所述马氏体时效钢还包括0.0008％-0.003％的b。

5、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种马氏体时效钢的增材制造方法，用于制备如上文所述的马氏体时效钢，所述增材制造方法包括以下步骤：

6、按照重量百分比取各元素的原料，将所述原料气雾化制备成球形粉末；

7、对所述球形粉末进行激光增材制造处理，得到预制品；

8、对所述预制品进行热处理，得到所述马氏体时效钢。

9、可选地，所述球形粉末的粒径为10μm-200μm。

10、可选地，所述对所述球形粉末进行激光增材制造处理，得到预制品的步骤包括：

11、获取所述马氏体时效钢的三维模型；

12、对所述三维模型进行切片处理，得到多个切片层的切片层参数；

13、根据各所述切片层参数将所述球形粉末铺设为粉末层；

14、对所述粉末层进行粉末床激光熔合成形，得到所述预制品。

15、可选地，所述粉末床激光熔合成形的控制参数包括：激光功率为150w-300w、扫描速度为800mm/s-1500mm/s、扫描间距为50μm-120μm、铺粉层厚为30μm-110μm。

16、可选地，所述对所述球形粉末进行激光增材制造处理，得到预制品的步骤包括：

17、获取所述马氏体时效钢的三维模型；

18、根据所述三维模型进行扫描路径规划，得到多条扫描路径；

19、按照所述扫描路径对所述球形粉末进行直接能量沉积成形，得到所述预制品。

20、可选地，所述直接能量沉积成形的控制参数包括：激光功率为1.0kw-2.0kw，扫描速度为500mm/s-1000mm/s，激光熔覆的单层厚度为0.8mm-1.2mm；送粉气体流量为1l/min-2l/min；保护气体束直径为5mm，所述保护气体束以激光束为中心随激光束移动，流量为1l/min-5l/min。

21、可选地，所述热处理为直接时效热处理，所述直接时效热处理的时效温度为480℃-550℃，所述直接时效热处理的保温时间为1h-5h，所述直接时效热处理的冷却方式为空冷。

22、本发明提供的采用增材制造方法制备的马氏体时效钢，以重量百分比计，包括：0.03％-0.15％的c、17.0％-22.0％的ni、2.0％-6.5％的al和0.05％-0.25％的nb，余量为fe。通过上述元素的配比，在高位错密度马氏体基体中协同析出nial相和nbc相，可以获得超高强度和良好的韧性，维持马氏体时效钢作为结构件的使用性能，由于不含有贵金属元素co、mo，原材料成本降低，故马氏体时效钢的制备成本也可以降低，且通过调整其中的元素成分比例和热处理工艺可以获得不同的强韧性组合，满足不同应用场景下对结构件力学性能的需求。

技术特征：

1.一种马氏体时效钢，其特征在于，采用增材制造方法制备，以重量百分比计，所述马氏体时效钢包括：0.03％-0.15％的c、17.0％-22.0％的ni、2.0％-6.5％的al和0.05％-0.25％的nb，余量为fe。

2.如权利要求1所述的马氏体时效钢，其特征在于，所述马氏体时效钢还包括0.10％-0.30％的mn。

3.如权利要求1所述的马氏体时效钢，其特征在于，所述马氏体时效钢还包括0.0008％-0.003％的b。

4.一种马氏体时效钢的增材制造方法，其特征在于，用于制备如权利要求1-3中任一项所述的马氏体时效钢，所述增材制造方法包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的马氏体时效钢的增材制造方法，其特征在于，所述球形粉末的粒径为10μm-200μm。

6.如权利要求4所述的马氏体时效钢的增材制造方法，其特征在于，所述对所述球形粉末进行激光增材制造处理，得到预制品的步骤包括：

7.如权利要求6所述的马氏体时效钢的增材制造方法，其特征在于，所述粉末床激光熔合成形的控制参数包括：激光功率为150w-300w、扫描速度为800mm/s-1500mm/s、扫描间距为50μm-120μm、铺粉层厚为30μm-110μm。

8.如权利要求4所述的马氏体时效钢的增材制造方法，其特征在于，所述对所述球形粉末进行激光增材制造处理，得到预制品的步骤包括：

9.如权利要求8所述的马氏体时效钢的增材制造方法，其特征在于，所述直接能量沉积成形的控制参数包括：激光功率为1.0kw-2.0kw，扫描速度为500mm/s-1000mm/s，激光熔覆的单层厚度为0.8mm-1.2mm；送粉气体流量为1l/min-2l/min；保护气体束直径为5mm，所述保护气体束以激光束为中心随激光束移动，流量为1l/min-5l/min。

10.如权利要求4-9中任一项所述的马氏体时效钢的增材制造方法，其特征在于，所述热处理为直接时效热处理，所述直接时效热处理的时效温度为480℃-550℃，所述直接时效热处理的保温时间为1h-5h，所述直接时效热处理的冷却方式为空冷。

技术总结
本发明公开了一种马氏体时效钢及其增材制造方法，属于合金材料技术领域，采用增材制造方法制备，以重量百分比计，所述马氏体时效钢包括：0.03％‑0.15％的C、17.0％‑22.0％的Ni、2.0％‑6.5％的Al和0.05％‑0.25％的Nb，余量为Fe。本发明马氏体时效钢中不含贵金属元素，且通过元素配比维持马氏体时效钢的强度，实现了降低增材制造中马氏体时效钢的制备成本的技术效果。

技术研发人员：农晓东,熊孝经,余立滨,谷旭,孟宪钊,王磊,陈国超,毕云杰
受保护的技术使用者：季华实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15