【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造，具体涉及一种激光定向能量沉积高氮钢氮损失与氮气孔抑制方法。
技术介绍
1、高氮钢是将氮元素作为合金元素使用，其含氮量一般超过0.4wt％，利用氮替代昂贵且生物过敏的镍来获得奥氏体组织及作为间隙原子起固溶强化作用，具有低成本、高强度、高韧性、高耐腐蚀以及优异的生物相容性等优点，是传统304、316等cr-ni不锈钢的理想替代品。因此，高氮钢在在国防军工、交通运输、能源化工、医疗器械等领域都有广阔的应用前景。
2、然而，由于常压下氮钢中溶解度较低(γ奥氏体相为2.8wt％，l液相为0.04wt％，δ铁素体相为0.0128wt％)，难以在常压下制备得到氮含量在0.4wt％以上高氮钢。因此，目前主要通过加压熔炼法制备高氮钢，但常规加压熔化法需要昂贵的专用设备，存在工艺复杂、氮含量难以控制、宏观偏析、近净成形能力差等不足，以及高氮钢高强高硬的特点导致其切削加工性能差，难以通过传统方法加工出复杂构件，限制了其发展和应用。
3、激光定向能量沉积(同轴送粉激光增材制造)作为新兴的制造技术，采用逐层累加的方式可以实现三维复杂结构零件的快速制造，并通过快速熔凝非平衡方法可获得过饱和的含氮固溶体，对于制备高氮钢复杂构件具有较大潜力。
4、高氮钢中氮含量与存在形式(固溶氮、氮气孔)直接影响着高氮钢的性能(屈服强度；点蚀当量pren＝1[cr]+3.3[mo]+30[n])。但是，因高温熔池中氮含量超过其饱和溶解度，过饱和的固溶氮原子会结合为氮分子(2[n]→n2)，并进一步形核、长大为氮气泡。
5、目前，现有方法主要通过优化合金成分、改变保护气体组成、优化工艺参数等多种方法抑制高氮钢激光定向能量沉积过程中的氮损失和氮气孔缺陷，但实现激光定向能量沉积制备高氮含量少缺陷高氮钢仍然是一个困难的问题。因此现在亟需一种激光定向能量沉积高氮钢氮损失与氮气孔抑制方法。
6、激光定向能量沉积过程中，作为热源的激光束形态按所在时空维度分为时域形态和空域形态。其中，时域形态指激光能量在时间域内的能量分布特征，常见变化波形有连续波、脉冲矩形波、正弦波等；空域形态指激光束在空间域内的能量分布特征，典型的有平顶形态、高斯形态和超高斯形态等。现有激光定向能量沉积工业生产或科学研究中通常采用连续波和超高斯光束形态进行工作，造成熔池温度较高，热输入较大，冷却速率不足等问题。本专利技术通过改变激光束时空域形态，利用脉冲激光协同平顶光速形态的激光定向能量沉积工艺制备高氮钢，以抑制高氮钢增材制造过程中的氮损失和氮气孔缺陷。
技术实现思路
1、本专利技术意在提供一种激光定向能量沉积高氮钢氮损失与氮气孔抑制方法，以解决激光定向能量沉积高氮钢固溶氮损失和氮气孔缺陷多的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种激光定向能量沉积高氮钢氮损失与氮气孔抑制方法，包括以下步骤：
3、s1，选用高氮钢粉末为原料；
4、s2，以不锈钢为基板，通过同轴送粉激光头以高能激光将同步送出的高氮钢粉末熔化，形成沉积层，激光束时域形态采用脉冲激光、空域形态采用平顶光。
5、进一步，所述高氮钢粉末选用fe-19cr-12mn-0.549n粉末；fe-19cr-12mn-0.549n粉末按质量百分比由以下成分组成：c 0.033％，cr 18.9％，ni<0.1％，mn 12％，mo 3％,si0.24％,p0.01％,s 0.005％,n 0.549％,余量为fe。
6、进一步，激光定向能量沉积制备高氮钢时激光功率p＝900～1200w、扫描速度v＝6～10mm/s、送粉速度f＝8～15g/min。
7、进一步，激光定向能量沉积制备高氮钢时激光束时域形态中脉冲周期t＝0.025s、占空比dc＝60；激光空域形态为平顶光，空域形态因子k＝1000。
8、进一步，制备高氮钢时，较优激光功率p＝1000w、扫描速度v＝8mm/s、送粉速度f＝10g/min。
9、本专利技术的工作原理及有益效果：
10、本专利技术是通过改变激光束时空域形态，以脉冲激光协同平顶光速形态的激光束作为热源进行定向能量沉积高氮钢，借助激光束时空域形态协同调控熔池峰值温度、温度梯度、凝固速率、冷却速率、对流运动等热流行为，进而抑制激光定向能量沉积高氮钢氮损失和氮气孔缺陷。
11、与现有技术相比，本专利技术以激光定向能量沉积设备为基础，通过改变激光束时空域形态抑制定向能量沉积高氮钢氮损失和氮气孔问题，既能取得较好的效果，又不需要对激光定向能量沉积设备进行改造或者增加其他辅助装置，为高氮钢复杂构件的可控制备提供了一种简单、可行、经济的方法，能推动高氮钢的发展和在国防军工、能源化工、交通运输、医疗器械等领域的应用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种激光定向能量沉积高氮钢氮损失与氮气孔抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种激光定向能量沉积高氮钢氮损失与氮气孔抑制方法，其特征在于：所述高氮钢粉末选用Fe-19Cr-12Mn-0.549N粉末；Fe-19Cr-12Mn-0.549N粉末按质量百分比由以下成分组成：C 0.033％，Cr 18.9％，Ni<0.1％，Mn 12％，Mo 3％,Si0.24％,P 0.01％,S0.005％,N 0.549％,余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种激光定向能量沉积高氮钢氮损失与氮气孔抑制方法，其特征在于：激光定向能量沉积制备高氮钢时激光功率P＝900～1200W、扫描速度V＝6～10mm/s、送粉速度F＝8～15g/min。
4.根据权利要求1所述的一种激光定向能量沉积高氮钢氮损失与氮气孔抑制方法，其特征在于：激光定向能量沉积制备高氮钢时激光束时域形态中脉冲周期T＝0.025s、占空比DC＝60；激光空域形态为平顶光，空域形态因子k＝1000。
5.根据权利要求3所述的一种激光定向能量沉积高氮
...【技术特征摘要】
1.一种激光定向能量沉积高氮钢氮损失与氮气孔抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种激光定向能量沉积高氮钢氮损失与氮气孔抑制方法，其特征在于：所述高氮钢粉末选用fe-19cr-12mn-0.549n粉末；fe-19cr-12mn-0.549n粉末按质量百分比由以下成分组成：c 0.033％，cr 18.9％，ni<0.1％，mn 12％，mo 3％,si0.24％,p 0.01％,s0.005％,n 0.549％,余量为fe。
3.根据权利要求1所述的一种激光定向能量沉积高氮钢氮损失与氮气孔抑制方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：余朝静，张大斌，钟音亮，熊坤，张学吉，黎克琦，
申请(专利权)人：茅台学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。