[发明专利]一种梯度不锈钢材料及其激光近净成型制造方法

说明书

本发明提供了一种梯度不锈钢材料及其激光近净成型制造方法，制造方法包括如下步骤：通过主控制器将待成型件的三维模型转化为激光近净成型的加工路径与金属粉料熔化堆积模型，设定各梯度层组分配比、设定激光功率以及通过双粉筒同轴送粉方式输送至成型位置的金属粉料的送粉率，确定激光近净成型加工路径上的加工参数，其中，金属粉料分别为马氏体不锈钢粉料和奥氏体不锈钢粉料；对基材进行预处理；惰性气体保护下，在基材表面连续逐层激光扫描熔化金属粉料，经过多层扫描熔化沉积形成梯度不锈钢材料。本发明以马氏体不锈钢作为主要强度来源，奥氏体不锈钢作为韧性来源，通过激光近净成型技术制备出兼具高强度和高韧性的不锈钢梯度材料。

技术领域

本发明涉及激光增材制造技术领域，具体而言，涉及一种梯度不锈钢材料及其激光近净成型制造方法。

背景技术

增材制造技术在过去十年中已被广泛用于制造具有复杂设计的金属部件，与传统制造技术相比，增材制造实现了逐层沉积策略，在制造近净成型产品时可以保证更高的精度，制造传统加工路线无法实现的非常复杂的几何形状组件。激光近净成型技术(LaserEngineered Net Shaping，LENS)作为金属增材制造的关键技术，根据零件形体采用三维软件构建CAD模型，在没有模具的情况下最终获得所需的构件，实现快速、全致密近净成形。

马氏体不锈钢具有高强度和高硬度的特点，表现出硬而脆的特性，常用于外科手术器械、机器部件等要求较高的应用领域。然而全固溶马氏体碳含量越高，固溶强化效果越好，但韧性呈现下降趋势，加工性和焊接性将严重降低。也就是说，市面现有的钢结构成分主要是以铁素体基体中分散渗碳体颗粒，该结构并不能同时满足装备制造业等高强度以及高韧性的相关要求。

因此，如何利用激光近净成型技术开发兼具高强度和高韧性的马氏体不锈钢/奥氏体不锈钢材料，是目前极有价值的研究课题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种梯度不锈钢材料及其激光近净成型制造方法，以解决现有马氏体不锈钢材料高脆性和低韧性的缺陷问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种梯度不锈钢材料激光近净成型制造方法，包括如下步骤：

S1、通过主控制器将待成型件的三维模型转化为激光近净成型的加工路径与金属粉料熔化堆积模型，设定各梯度层组分配比、设定激光功率以及通过双粉筒同轴送粉方式输送至成型位置的所述金属粉料的送粉率，确定激光近净成型加工路径上的加工参数，其中，所述金属粉料分别为马氏体不锈钢粉料和奥氏体不锈钢粉料；

S2、对基材进行预处理；

S3、惰性气体保护下，在所述基材表面连续逐层激光扫描熔化所述金属粉料，经过多层扫描熔化沉积形成梯度不锈钢材料。

在上述技术方案中，可选地，步骤S1中，所述激光功率为200-400W，所述送粉率为0-10g/min，所述梯度层厚度为0.1-0.5mm，所述加工参数包括扫描速度为500-1200mm/min、扫描宽度为0.1-1mm。

在上述技术方案中，可选地，所述马氏体不锈钢粉料的型号包括431、420、414和410中的至少一种，所述奥氏体不锈钢粉料的型号包括304、321、316和310中的至少一种。

在上述技术方案中，可选地，步骤S1中，所述设定各梯度层组分配比包括：延所述基材向外表面方向，各所述梯度层中所述马氏体不锈钢粉料的占比逐渐降低、所述奥氏体不锈钢粉料的占比逐渐增加。

在上述技术方案中，可选地，与所述基材相邻的梯度层中所述马氏体不锈钢粉料的占比为100％。

在上述技术方案中，可选地，所述梯度不锈钢材料外表面梯度层中所述奥氏体不锈钢粉料占比为100％。