一种15-5PH不锈钢及其增材制造方法与应用与流程

本发明涉及金属材料，具体而言，涉及一种15-5ph不锈钢及其增材制造方法与应用。

背景技术：

1、15-5ph马氏体不锈钢具有优异的强度、延展性、耐腐蚀性能等优点，广泛应用于海洋、化学及航空航天工业等领域。但常规的铸造技术无法使15-5ph不锈钢满足更高强度的要求，必须通过后续锻造来改善其机械性能，但难以将高硬锻造板材加工成复杂工件，严重制约了实际应用。以激光粉末床熔融(laser powder bed fusion，l-pbf)为代表的增材制造技术是当今快速成形的新方法之一，具有能量密度高、热影响区小等特点，冷却速度可达到103～108k/s，有助于获得细小晶粒，这为高效制造新的几何形状、具有优异性能的15-5ph零件创造了新的可能性。

2、强度和韧性作为金属材料最核心的两个力学性能指标，决定了金属材料在工程应用中的服役表现，因此强韧均衡是工程结构材料设计的重要主题。传统的形变强化、固溶强化、析出强化和相变强化等手段在一定程度上提升了材料强度，但牺牲了材料韧性，呈现出明显的强度-韧性倒置关系，且材料的强度愈高，倒置关系就愈突出。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种15-5ph不锈钢及其增材制造方法与应用，以解决或改善上述技术问题。

2、本申请可这样实现：

3、第一方面，本申请提供一种15-5ph不锈钢，其微观组织中具有异构层状结构；

4、异构层状结构由细晶层和粗晶层交替构成；

5、细晶层和粗晶层均含有bcc马氏体和fcc奥氏体，细晶层中fcc奥氏体的含量高于粗晶层中fcc奥氏体的含量。

6、在可选的实施方式中，细晶层中的平均晶粒尺寸为1～2μm。

7、在可选的实施方式中，以体积百分数计，细晶层中fcc奥氏体的占比为9～12％，余量为bcc马氏体。

8、在可选的实施方式中，粗晶层中的平均晶粒尺寸为3～6μm。

9、在可选的实施方式中，以体积百分数计，粗晶层中fcc奥氏体占比为4～6％，余量为bcc马氏体。

10、在可选的实施方式中，15-5ph不锈钢的抗拉强度为1122～1161mpa、屈服强度为742～825mpa、断后伸长率为16.0～17.5％、冲击韧性为103.0～122.5j/cm2。

11、第二方面，本申请提供一种如前述实施方式任一项的15-5ph不锈钢的增材制造方法，包括以下步骤：采用激光粉末床熔融的方式对15-5ph不锈钢粉末进行增材制造。

12、在可选的实施方式中，15-5ph不锈钢粉末为粒径为15-53μm的球形粉末。

13、在可选的实施方式中，激光粉末床熔融的工艺参数包括：激光功率为260～300w，扫描速度为1200～1500mm/s，扫描间距为0.06～0.08mm，铺粉厚度为0.03～0.05mm。

14、第三方面，本申请提供一种如前述实施方式任一项的15-5ph不锈钢在航空发动机系统或飞机结构件中的应用。

15、本申请的有益效果包括：

16、本申请通过制备出特定的异构层状结构，能够起到良好的强韧化效果，后续通过将异构层状结构中细晶层和粗晶层的晶粒尺寸以及fcc奥氏体与bcc马氏体的比例控制在特定范围，能够使得15-5ph不锈钢同时具有更好的强度和韧性。该15-5ph不锈钢可通过采用特定的激光粉末床熔融方式进行增材制造获得，其适于航空发动机系统和飞机结构件，例如发动机的高压压气机轮盘和航空燃料与液压控制系统等零件的增强与零件修复等。

技术特征：

1.一种15-5ph不锈钢，其特征在于，所述15-5ph不锈钢的微观组织中具有异构层状结构；

2.根据权利要求1所述的15-5ph不锈钢，其特征在于，所述细晶层中的平均晶粒尺寸为1～2μm。

3.根据权利要求1所述的15-5ph不锈钢，其特征在于，以体积百分数计，所述细晶层中fcc奥氏体的占比为9～12％，余量为bcc马氏体。

4.根据权利要求1所述的15-5ph不锈钢，其特征在于，所述粗晶层中的平均晶粒尺寸为3～6μm。

5.根据权利要求1所述的15-5ph不锈钢，其特征在于，以体积百分数计，所述粗晶层中fcc奥氏体占比为4～6％，余量为bcc马氏体。

6.根据权利要求1～5任一项所述的15-5ph不锈钢，其特征在于，所述15-5ph不锈钢的抗拉强度为1122～1161mpa、屈服强度为742～825mpa、断后伸长率为16.0～17.5％、冲击韧性为103.0～122.5j/cm2。

7.一种如权利要求1～6任一项所述的15-5ph不锈钢的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：采用激光粉末床熔融的方式对15-5ph不锈钢粉末进行增材制造。

8.根据权利要求7所述的增材制造方法，其特征在于，所述15-5ph不锈钢粉末为粒径为15-53μm的球形粉末。

9.根据权利要求7所述的增材制造方法，其特征在于，激光粉末床熔融的工艺参数包括：激光功率为260～300w，扫描速度为1200～1500mm/s，扫描间距为0.06～0.08mm，铺粉厚度为0.03～0.05mm。

10.一种如权利要求1～6任一项所述的15-5ph不锈钢在航空发动机系统或飞机结构件中的应用。

技术总结
本发明公开了一种15‑5PH不锈钢及其增材制造方法与应用，属于金属材料技术领域。该15‑5PH不锈钢的微观组织中具有异构层状结构；异构层状结构由细晶层和粗晶层交替构成；细晶层和粗晶层均含有BCC马氏体和FCC奥氏体，细晶层中FCC奥氏体的含量高于粗晶层中FCC奥氏体的含量。采用激光粉末床熔融的方式对15‑5PH不锈钢粉末进行增材制造。通过上述方法制得的具有上述特殊异构层状结构的15‑5PH不锈钢能够兼具较优的强度和韧性，适于航空发动机系统和飞机结构件，例如发动机的高压压气机轮盘和航空燃料与液压控制系统等零件的增强与零件修复等。

技术研发人员：刘建业,黄正华,牛留辉,黄鹏奕,王焱辉,傅健
受保护的技术使用者：广东汉邦激光科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8