增材制造低合金钢/双相不锈钢结构件的热处理方法

本发明属于材料热处理，具体涉及一种增材制造低合金钢/双相不锈钢结构件的热处理方法。

背景技术：

1、异质材料或者梯度功能材料可以通过变化的空间化学性质和微观结构而具有特定的局部特性。以适应各种复杂的服役环境。其中双金属复合结构是由两种不同的金属组成，结合了异种金属截然不同的特性(热、物理、机械)。低合金钢/双相不锈钢双金属复合结构既具有双相不锈钢优良的耐腐蚀性能，也兼具了低合金钢低成本的优势。在实际应用中，可以节约成本，避免浪费。电弧增材制造技术与传统的轧制、铸造等方式相比，可根据工件三维数据直接成型，实现复杂形状零件成形。其中，以丝材为原料的电弧增材制造技术效率高、成本低，可以按照一定顺序制造多种材料，是制造异质材料结构的关键技术。

2、然而，采用丝材电弧增材制造双金属复合结构这种直接能量沉积方式会导致较强的微观组织各向异性、界面处残余应力和变形。由于增材制造的热循环以及复杂的热积累过程，导致增材制造得到的结构件的微观组织十分复杂，因此必须调控微观结构和相组成以获得预期的性能。热处理是控制双金属复合结构微观组织和力学性能的有效途径，通过热处理可以使双金属结构组织更加均匀，力学性能得到明显的改善。现有技术中低合金钢/双相不锈钢复合结构的制造工艺已有相关研究，而对于复合结构的热处理方法研究较少，因此增材制造低合金钢/双相不锈钢复合结构的组织均匀性和力学性能的进一步提升面临挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种增材制造低合金钢/双相不锈钢结构件的热处理方法，提高了低合金钢/双相不锈钢复合结构的组织均匀性和力学性能。

2、本发明所采用的技术方案是，增材制造低合金钢/双相不锈钢结构件的热处理方法，按照以下步骤进行：

3、步骤一：对低合金钢基板进行表面处理，随后在低合金钢基板上依次增材低合金钢与双相不锈钢得到低合金钢/双相不锈钢结构件；

4、步骤二：将步骤一增材制造得到的低合金钢/双相不锈钢结构件，放入箱式电阻炉内加热；

5、步骤三：加热到预定温度后，将低合金钢/双相不锈钢结构件恒温保温；

6、步骤四：保温结束后，取出试件淬火快速冷却。

7、本发明的特征还在于，

8、步骤一中，对低合金钢基板进行表面处理的具体过程为：将低合金钢基板打磨至表面带有金属光泽，然后将其放置盛有无水乙醇的超声震动仪中清洗，除去表面的油渍，晾干。

9、步骤一中，在低合金钢基板上依次增材低合金钢与双相不锈钢得到低合金钢/双相不锈钢结构件的具体方法为：采用冷金属过渡焊接方法，在低合金钢基板上首先使用er50-6焊丝制造低合金钢，工艺参数为：焊接电流：170a～180a、焊接电压：18.6v～19v、焊接速度：0.20mm/min～0.25mm/min、焊接幅度6mm-8mm、保护气体为：体积分数为80％ar+体积分数为20％co2的混合气体，以上组分体积百分比之和为100％；低合金钢制造完成后，继续使用冷金属过渡方法，以er2209焊丝为原料增材制造双相不锈钢，工艺参数为焊接电流：130a～140a、焊接电压：20v～21v、焊接速度：0.23mm/min～0.27mm/min、焊接幅度6-8mm、保护气体为100％ar；依次沉积得到低合金钢/双相不锈钢复合结构。

10、步骤二中，加热温度为1060℃～1140℃，设置升温速率为200℃/min～300℃/min，升温速率保持恒定。

11、步骤三中，保温时间为1h。

12、步骤四中，冷却方式为水冷，冷却速率为300℃/min～400℃/min，水冷是通过浸蚀方法对低合金钢/双相不锈钢件进行快速降温处理。

13、本发明的有益效果是：

14、(1)本发明是一种调控增材制造低合金钢/双相不锈钢双金属复合结构微观组织以及改善力学性能的热处理方法。将低合金钢/双相不锈钢件加热到固溶温度后保温1h，保温1h保证了试件加热更加均匀。保温结束后立即进行水冷冷却至室温，通过水冷浸蚀方法对低合金钢/双相不锈钢件进行快速降温处理，以避免双相不锈钢形成过多的奥氏体以及σ相、碳化物等有害二次相的析出。该方法提高了低合金钢/双相不锈钢复合结构的组织均匀性和力学性能。

15、(2)本发明提供了一种增材制造低合金钢/双相不锈钢双金属复合结构件的热处理方法。与直接沉积和采用高温回火(500～650℃，保温2h)的试件相比，断面收缩率得到了提高，改善了结构件微观结构不均匀性以及提高了结构件的力学性能，力学性能得到明显优化。

16、(3)本发明方法中采用电弧增材制造工艺制造低合金钢/双相不锈钢结构件，与传统的轧制、铸造等方式相比，增材制造技术采用逐层堆积的方式制造结构件，具有优良的冶金结合，成本低，效率高，在低合金钢/双相不锈钢双金属制造领域中具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.增材制造低合金钢/双相不锈钢结构件的热处理方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的增材制造低合金钢/双相不锈钢结构件的热处理方法，其特征在于，步骤一中，对低合金钢基板进行表面处理的具体过程为：将低合金钢基板打磨至表面带有金属光泽，然后将其放置盛有无水乙醇的超声震动仪中清洗，除去表面的油渍，晾干。

3.根据权利要求2所述的增材制造低合金钢/双相不锈钢结构件的热处理方法，其特征在于，所述步骤一中，在低合金钢基板上依次增材低合金钢与双相不锈钢得到低合金钢/双相不锈钢结构件的具体方法为：采用冷金属过渡焊接方法，在低合金钢基板上首先使用er50-6焊丝制造低合金钢，工艺参数为：焊接电流：170a～180a、焊接电压：18.6v～19v、焊接速度：0.20mm/min～0.25mm/min、焊接幅度6mm-8mm、保护气体为：体积分数为80％ar+体积分数为20％co2的混合气体，以上组分体积百分比之和为100％；低合金钢制造完成后，继续使用冷金属过渡方法，以er2209焊丝为原料增材制造双相不锈钢，工艺参数为焊接电流：130a～140a、焊接电压：20v～21v、焊接速度：0.23mm/min～0.27mm/min、焊接幅度6-8mm、保护气体为100％ar；依次沉积得到低合金钢/双相不锈钢复合结构。

4.根据权利要求1所述的增材制造低合金钢/双相不锈钢结构件的热处理方法，其特征在于，步骤二中，加热温度为1060℃～1140℃，设置升温速率为200℃/min～300℃/min，升温速率保持恒定。

5.根据权利要求1所述的增材制造低合金钢/双相不锈钢结构件的热处理方法，其特征在于，步骤三中，保温时间为1h。

6.根据权利要求1所述的增材制造低合金钢/双相不锈钢结构件的热处理方法，其特征在于，步骤四中，冷却方式为水冷，冷却速率为300℃/min～400℃/min。

技术总结
本发明公开增材制造低合金钢/双相不锈钢结构件的热处理方法，按照以下步骤进行：步骤一：对低合金钢基板进行表面处理，随后在低合金钢基板上依次增材低合金钢与双相不锈钢得到低合金钢/双相不锈钢结构件；步骤二：将步骤一增材制造得到的低合金钢/双相不锈钢结构件，放入箱式电阻炉内加热；步骤三：加热到预定温度后，将低合金钢/双相不锈钢结构件恒温保温；步骤四：保温结束后，取出试件淬火快速冷却。该方法提高了低合金钢/双相不锈钢复合结构的组织均匀性和力学性能。

技术研发人员：李继红,毛威,刘智博,马克,薛添淇,李朝旭
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6