[发明专利]一种提高3D打印17-4PH不锈钢屈服强度的方法

说明书

本发明提供一种提高3D打印17‑4PH不锈钢屈服强度的方法。采用粉末增材技术制备17‑4PH不锈钢时由于残余奥氏体较多造成其屈服强度低，本发明通过在17‑4PH粉末中添加适量TiB₂颗粒，并通过球磨使之附着在粉末颗粒的表面，采用氮气氛进行保护，在打印过程中TiB₂与激光作用并熔化分解成Ti元素和B元素，Ti元素与氮气氛反应生成TiN颗粒，生成的TiN一方面可以作为形核剂起到细化晶粒的作用，另外一方面可以作为第二相进行弥散强化，而分解产生的B元素则部分固溶到基体中可以提高钢的淬透性，减少残余奥氏体的含量，三者的综合作用最终可以将屈服强度由目前的500‑600MPa提高到1000MPa以上。

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种提高3D打印17-4PH不锈钢屈服强度的方法。

背景技术

17-4PH不锈钢属于沉淀硬化不锈钢，具有高的强度，优异的耐腐蚀性能，已广泛应用于石油石化领域。粉末增材制造即3D打印技术基于数字模型，通过逐层熔化和堆积的方式来构造三维实体，在任意复杂形状金属零部件的直接成形上有极大的潜力。该技术将引发产品设计、制造工艺、制造装备、材料制备、乃至整个传统制造业的深刻变革，受到世界各国的极大关注并得到快速发展。根据原材料和送粉方式的不同，目前3D打印技术主要包括粉末床激光3D打印技术、激光送粉堆积技术以及电子束激光堆积技术。对于3D打印技术制备17-4PH不锈钢材料国内外已有相关的报道，所采用的打印方法包括粉末床打印和激光送粉堆积两种方法，但是从报道的性能看，不管采用那种打印方法，其屈服强度都很低，基本在540MPa-590MPa范围内，远低于锻件水平及标准要求值，因此如何提高3D打印17-4PH不锈钢的屈服强度满足标准要求是其获得应用的关键。

发明内容

本发明目的是为了提高3D打印17-4PH不锈钢的屈服强度，满足17-4PH不锈钢屈服强度标准值的要求。

本发明提出了一种提高3D打印17-4PH不锈钢屈服强度的方法，3D打印方式分为粉末床打印和送粉式堆积打印两种，打印前17-4PH粉末中添加适量TiB₂颗粒，并通过球磨使之附着在17-4PH不锈钢粉末的表面，然后进行打印制备。TiB₂的加入量控制在总质量的3％到10％范围内，TiB₂的粒度控制在5微米以下，球磨的转速为160-300转/分钟，球磨时间30-60分钟。

3D打印过程中采用氮气气氛，在打印过程中，TiB₂熔化分解成Ti元素和B元素，Ti元素与氮气氛反应生成TiN颗粒，生成的TiN一方面可以作为形核剂起到细化晶粒的作用，另外一方面可以作为第二相进行弥散强化，而分解产生的B元素则部分固溶到基体中可以提高钢的淬透性，减少残余奥氏体的含量，从而最终大幅度提高材料的屈服强度。

进一步的，17-4PH粉末的粒度根据打印方式的不同进行选择，对于送粉式堆积打印粒度控制在30-80微米范围内，打印过程采用氮气氛保护，激光功率控制在700-1000W，扫描速度控制在700-850mm/min,激光光斑直径控制在1-1.5mm，送粉速率5-10g/min。

对于粉床式激光打印，打印粒度控制在50微米以下，气氛采用氮气气氛，激光功率控制在200-250W范围内，扫描速度700-730mm/s，激光直径100μm。

采用上述参数制备的17-4PH不锈钢的屈服强度达到1000MPa以上，较现有报道值提高近一倍，进一步时效处理后其值会进一步增加。