[发明专利]3D打印的高碳含量钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有窄的碳化物面积分布的铁基合金的3D打印产品以及一种制备所述产品的方法，在所述方法中将HIP与硬化组合。

技术领域

本发明涉及具有高硬度的铁基合金的3D打印产品。3D打印产品使用加热炉硬化，在加热炉中，在热等静压(HIP)期间对获自3D打印的产品进行处理并淬火。

背景技术

如今，当生产粉末冶金材料时，存在许多不同的技术。主要方法之一为PM-HIP；粉末冶金热等静压。所述技术是将金属粉末雾化(粒化)，将此粉末放入容器中，将此容器密封，并且将密封容器暴露以进行HIP，例如根据标准工艺，在1120℃-1150℃、100MPa下，通常在3小时内。结果得到固结的材料块，其通常需要进一步加工。

容器可为不同形状，这在很大程度上取决于材料和最终部件所需的形状。如果材料将成为用于进一步生产的棒材，它也可为标准的圆柱体形。

在后一种情况下，例如对于生产PM-HSS(粉末冶金高速钢)，则材料块通常被锻造并轧制成最终的棒材尺寸。然后这些棒材通常经过软退火，然后运输到仓库。之后，它们被运送到车间，在那里进行软机加工，以实现所需细节的形状，例如齿轮滚刀。然而，在软机加工之后，将齿轮滚刀坯料在真空加热炉中硬化，然后在另一个加热炉中回火。并且最后，可以研磨硬化的坯料以实现所需的表面公差。

通常，在对软退火的钢棒材进行机加工后，进行材料的硬化。PM-HSS的最常见的硬化工艺之一为加热至1180℃，在那个温度下保持一定保持时间，然后淬火至25℃-50℃并确保最小冷却速度为在1000℃与800℃之间为7℃/s。然后在硬化之后进行回火，此时将材料反复加热至560℃，保持时间＞1h，然后在两次重复之间冷却至＜25℃。

当然，温度取决于合金类型和硬度目标。此外，如果进行了重度软机加工，则可以增加应力消除步骤(通常在2h内600℃-700℃加上缓慢冷却至500℃，然后冷却至25℃)。

因此，PM-HIP工艺的结果为除粉末质量、组成、锻造和轧制之外的温度、压力和时间的影响。

HIP工艺还可用于3D打印(增材制造)金属合金。然后，所述工艺可充当关闭来自3D打印工艺的最终的孔的方式。然后所述工艺将起到确保全密度部件的作用。在3D打印产品的HIP工艺之后，然后可以使用传统的硬化工艺。

则3D打印、HIP和硬化工艺的结果为除了粉末质量、组成和3D打印参数之外，温度、压力和时间的结果。此多步骤工艺仍然是耗时的。

发明内容

本发明的目的为克服现有技术的缺点。因此，本发明提供了一种方法，在所述方法中将HIP和硬化组合，并且出乎意料地，获得的材料与传统HIP和硬化材料相比具有改善的机械特性。本发明还旨在提供具有更均匀的碳化物大小或碳化物面积分布的材料或产品。例如，材料的硬度改善了12％，并且磨蚀研究表明磨损率降低了7.5％。此外，即使硬度增加，韧性仍然保持与传统处理的样本一样。这对于具有较高碳含量的合金更为明显。

在一个优选的实施方案中，本发明涉及一种由铁基合金制成的3D打印产品，所述铁基合金包括金属基质和嵌入在所述金属基质中的碳化物微粒；

其中所述合金包括

碳：等于或大于1.0重量％且等于或小于5.0重量％；

铬：等于或大于2.0重量％且等于或小于22.0重量％；

铁：余量；

其中所述合金还包括至少两种以下元素：

钨：等于或大于2重量％且等于或小于13重量％，

钴：等于或大于9重量％且等于或小于18重量％，

钼：等于或大于1重量％且等于或小于10重量％；以及