适于低温工况的激光选区熔化成形高强不锈钢热处理方法技术

本发明专利技术提供了一种适于低温工况的激光选区熔化成形高强不锈钢热处理方法，包括如下步骤：步骤(1)，对成形态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢进行固溶处理：在真空环境下，升温至730℃～820℃，保温1h～2h，回充气体冷却；步骤(2)，对固溶态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢在设定时间内进行冷处理：在‑70℃～‑80℃的低温介质下保温不低于1h后，于空气中恢复至室温；步骤(3)，对固溶冷处理态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢进行时效处理：在真空环境、温度为450℃～600℃的条件下保温2h～6h，回充气体冷却。热处理后，激光选区熔化成形03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢，组织内部残余应力完全消除，常温及低温综合力学性能达到产品工程化应用指标要求。

【技术实现步骤摘要】
适于低温工况的激光选区熔化成形高强不锈钢热处理方法
本专利技术属于金属增材制造
，特别涉及一种适于低温工况的激光选区熔化成形高强不锈钢热处理方法。
技术介绍
本专利技术所涉及的03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢为Fe-Cr-Ni基马氏体时效不锈钢，具有优异的强度、塑韧性及耐蚀性，低温时良好的抗氧化性能，在新一代大、中型液体火箭发动机上阀壳体、涡轮泵壳体、叶轮等关键构件上获得大量应用。激光选区熔化成形技术(SelectiveLaserMelting，SLM)具有“适应复杂构件成形、力学性能优异、研制周期快、适应小批量生产”等技术特点，适应航天产品研制“低成本、短周期”的发展趋势，已在航天液体动力系统的高可靠快速研制和升级换代中发挥着重要作用。激光选区熔化成形03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢具有高温度梯度、高凝固速度的特征，枝晶生长时形成细长的完全无侧向分枝的快速凝固胞状组织，物相组成主要为非稳态α'马氏体及残余奥氏体γ相，且存在一定的内应力及组织应力，激光选区熔化成形03Cr11Ni9Co6Mo3材料常温及低温综合力学性能不能达到产品工程化应用指标要求，须通过后续热处理方法进行去应力处理和组织改善。
技术实现思路
为了克服现有技术中的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种适于低温工况的激光选区熔化成形高强不锈钢热处理方法，通过固溶处理、冷处理和时效处理，能够完全消除成形态组织内部残余应力，改善成形材料的非稳态组织，获得细密板条马氏体与弥散分布的碳化物强化析出相，保持高强度的同时与基体中残余奥氏体及逆转变奥氏体相保持良好的塑韧性匹配，调控材料达到优异的常温及低温综合力学性能，从而完成本专利技术。本专利技术提供的技术方案如下：一种适于低温工况的激光选区熔化成形高强不锈钢热处理方法，包括：步骤(1)，对成形态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢进行固溶处理：在真空环境下，升温至730℃～820℃，保温1h～2h，回充气体冷却；步骤(2)，对固溶态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢在设定时间内进行冷处理：在-70℃～-80℃的低温介质下保温不低于1h后，于空气中恢复至室温；步骤(3)，对固溶冷处理态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢进行时效处理：在真空环境、温度为450℃～600℃的条件下保温2h～6h，回充气体冷却。根据本专利技术提供的一种适于低温工况的激光选区熔化成形高强不锈钢热处理方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的激光选区熔化成形03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢热处理方法，以不大于100℃/h的速率升温至730℃～820℃的条件下保温1h～2h，并经惰性气体冷却后，消除成形组织存在的内应力，使合金元素在固溶过程中充分扩散，得到转化充分的均匀奥氏体基体组织；(2)本专利技术提供的激光选区熔化成形03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢热处理方法，在-70℃～-80℃的低温介质下保温1.5h～3h，在较高过冷度下提供较大相变驱动力，促使马氏体相变充分进行；同时在冷处理后一定时间内在不大于10-3Pa的真空环境、温度为450℃～600℃的条件下保温2h～6h，经惰性气体冷却后得到在低碳板条马氏体基体上弥散析出碳化物作为基体强化相及与马氏体共格的逆转变奥氏体，提高材料的强度，并赋予其在常温/低温下的良好塑韧性；(3)本专利技术提供的激光选区熔化成形03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢热处理方法，热处理后的激光选区熔化成形03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢，常温时，Rm不低于1250N/mm2，Rp0.2不低于1150N/mm2，A不低于10％，Z不低于40％，KU2不低于55J；-196℃时，KU2不低于35J，达到工程应用指标要求，适应于在常温/低温环境中可靠工作。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的激光选区熔化成形03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢成形态显微组织形貌图(×5000倍)；图2为本专利技术实施例1提供的激光选区熔化成形03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢热处理后的显微组织形貌图(×10000倍)；图3为本专利技术实施例1提供的激光选区熔化成形03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢热处理后力学性能试样断口形貌图(×50倍)；图4为本专利技术实施例3提供的激光选区熔化成形03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢固溶处理后XRD图谱；图5为本专利技术实施例4提供的激光选区熔化成形03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢时效处理后试样金相组织图(×10000倍)。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。本专利技术提供了一种适于低温工况的激光选区熔化成形高强不锈钢热处理方法，包括如下步骤：步骤(1)，对成形态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢进行固溶处理：在真空环境下，升温至730℃～820℃，保温1h～2h，回充气体冷却；步骤(2)，对固溶态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢在设定时间内进行冷处理：在-70℃～-80℃的低温介质下保温不低于1h后，于空气中恢复至室温；步骤(3)，对固溶冷处理态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢进行时效处理：在真空环境、温度为450℃～600℃的条件下保温2h～6h，回充气体冷却。在本专利技术中，步骤(1)中，成形态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢由03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢粉末通过激光选区熔化成形方法制得，成形后获得具有致密度大于99.99％的构件和外延生长的无侧向分枝的快速凝固胞状组织，物相中包含非稳态α'马氏体及残余奥氏体γ相，为后续热处理提供了良好的组织调控基础和相转变动力学基础，使得经热处理后的构件具有符合要求的综合力学性能。在本专利技术中，步骤(1)中，本专利技术人结合成形态加工工艺，对固溶处理进行了摸索，给出了固溶处理方法。通过研究发现，在650℃～720℃范围内固溶时，随固溶温度的升高，热处理后逆转变奥氏体含量减少，这主要是由于固溶温度较低，以非扩散α'→γ相变形成缺陷密度较高的奥氏体，这些缺陷遗传到最终的马氏体内，高密度缺陷的马氏体降低逆转变奥氏体的形成温度，增加逆转变奥氏体的含量而非稳态α'马氏体较少。随着固溶温度的升高至730℃～820℃范围时，奥氏体发生再结晶及其晶粒长大，其缺陷密度降低使最终形成的马氏体缺陷密度也较低，因此相应的逆转变奥氏体的形成温度上升、减少形成的逆转变奥氏体数量，保留了充分数量的非稳态α'马氏体相。而随着固溶温度的继续升高至820℃以上时，由于SLM在快速冷却过程中形成的极细小组织和较大残余应力加快了03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢中的奥氏体转变，导致后续加热过程中奥氏体转变结束温度Ac3(约为670℃)远小于传统铸造的奥氏体转变结束温度(约为850℃)。因此，SLM成形所需的固溶温度远小于铸造所需的固溶温度。随着固溶温度的继续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适于低温工况的激光选区熔化成形高强不锈钢热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤(1)，对成形态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢进行固溶处理：在真空环境下，升温至730℃～820℃，保温1h～2h，回充气体冷却；/n步骤(2)，对固溶态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢在设定时间内进行冷处理：在-70℃～-80℃的低温介质下保温不低于1h后，于空气中恢复至室温；/n步骤(3)，对固溶冷处理态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢进行时效处理：在真空环境、温度为450℃～600℃的条件下保温2h～6h，回充气体冷却。/n

【技术特征摘要】
1.一种适于低温工况的激光选区熔化成形高强不锈钢热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)，对成形态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢进行固溶处理：在真空环境下，升温至730℃～820℃，保温1h～2h，回充气体冷却；
步骤(2)，对固溶态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢在设定时间内进行冷处理：在-70℃～-80℃的低温介质下保温不低于1h后，于空气中恢复至室温；
步骤(3)，对固溶冷处理态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢进行时效处理：在真空环境、温度为450℃～600℃的条件下保温2h～6h，回充气体冷却。


2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，步骤(1)中，成形态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢由03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢粉末通过激光选区熔化成形方法制得，物相中包含非稳态α'马氏体及残余奥氏体γ相。


3.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，步骤(1)中，对成形态03Cr11Ni9Co6Mo3高强不锈钢进行固溶处理为：在真空环境下，以不大于100℃/h的速率升温至750℃～800℃，保温1h～2h，回充气体冷却。


4.根据权利要求3所述的热处理方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李护林，杨欢庆，周亚雄，余文涛，彭东剑，郑伟，白瑞兴，
申请(专利权)人：西安航天发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61