【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光增材制造，尤其涉及一种马氏体不锈钢材料及其在激光增材制造中的应用。
技术介绍
1、激光增材制造技术是一种新型快速成型技术，其能够快速、精确的加工高质量复杂结构的产品。将激光增材技术用于零部件的修复过程称为激光增材再制造，由于时间消耗少、成本低、效率高且机械性能优，激光增材再制造技术在国防及军工、航空航天、汽车、石油、化工等方面的应用逐渐得到了重视。
2、激光能量密度集中，熔覆成形过程中，材料的温度、物性不均匀性极强，复杂的热循环伴随着不可避免的应力、应变演化，有可能导致零件出现裂纹和变形甚至报废；且高的残余应力状态也可能降低材料的强度、诱发应力腐蚀和缩短疲劳寿命，最终影响再制造零件的服役行为及安全。传统的残余应力控制工艺包括增加基材同焊材的热物性匹配度、降低激光熔覆线能量等，这些方法受限制于实际工况、零件服役性能的要求、生产成本和效率等因素，难以在部分大型及重要零部件生产中得到应用。
3、固态相变可能对激光熔覆成形或其他焊接过程的应力演化产生主导性的影响。jones和alberry研究了利用奥氏体到马氏体的转变产生的体积膨胀来抵消焊接冷却过程中的体积收缩控制焊后接头的应力应变。ohta等人利用cr和ni控制马氏体的转变温度并应用到低碳钢材料，kawada公司将这种低相变温度焊丝用于非调制钢接头，疲劳寿命提升2-4倍。但当前低相变温度材料主要用于焊接过程，激光增材制造及再制造过程中场量的不均匀性、应力水平、应力分布不均匀性、非线性等同焊接过程差别较大，从而导致焊接过程中一些不重要的因素在激
4、因此，研发一种能够控制激光增材制造及再制造中残余应力的方法,以达到改善修复区的残余应力，使应力分布均匀，实现控形控性的目的，这对激光增材制造技术的进一步发展和应用有重大意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种马氏体不锈钢材料及其在激光增材制造中的应用。本专利技术所提供的马氏体不锈钢材料应用于激光增材制造及增材再制造中，可实现高强度低合金钢残余应力的原位调节，有很高的应用价值。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、第一方面，本专利技术提供了一种马氏体不锈钢材料，以质量百分比计，包括下述组分：0.014-0.141％c、0.31-4.89％cu、0.32-1.0％si、10.16-16.2％cr、0.6-1.2％mn、3.8-8.11％ni、0.1-0.5％nb、0.01-0.03％p、0-0.22％mo、余量为fe。
4、本专利技术限定了马氏体不锈钢材料的组分配比，通过调控增材粉体马氏体转变温度来控制材料的固态相变过程：本专利技术的材料具有低马氏体相变温度(＜250℃)，材料在冷却过程中发生的马氏体相变开始和结束温度较低，材料相变产生的体积膨胀得以保留，从而可以有效降低残余拉应力，实现残余应力的原位调节。
5、上述限定的组分配比下马氏体不锈钢材料对比普通合金粉末具有显著优势，普通合金材料冷却过程产生的固态相变并没有保留至室温，故没有带来抵消热收缩而降低残余拉应力的效果；改变材料的组分配比至限定范围外，可能导致其应用于激光增材制造时的残余拉应力显著提高，这意味着在激光增材制造高温到低温的快速冷却过程中可能发生由于温度场的不均匀而导致材料的不均匀塑性变形；随后温度场恢复均匀的过程中，应力存在的区域因受到周围的约束而不能自由的伸缩调整，不利于增材再制造修复区的控型控性。
6、本专利技术所提供的马氏体不锈钢材料可应用于激光增材制造及增材再制造(修复)中，通过固态相变产生的体积膨胀效应来抵消激光增材再制造样件冷却过程中的收缩，从而实现整体修复件的残余应力和变形控制。相比于大型零件不适用于热处理，以及某些材料制备的零件在进行热处理的过程中容易发生性能失效，尤其是一些零件在生产过程中便会发生由于残余应力而引起变形及开裂，本专利技术所提供的马氏体不锈钢材料适用于修复各种不同类型的材料和大型零件，包括金属、陶瓷和复合材料等，具有极高的应用价值。
7、优选地，以质量百分比计，包括下述组分：0.07-0.041％c、4.29-4.5％cu、0.76-1.0％si、15.5-15.98％cr、0.64-1％mn、4.29-5.5％ni、0.3-0.4％nb、0.01-0.015％p、余量为fe。
8、进一步优选地，以质量百分比计，包括下述组分：0.041％c、4.29％cu、0.76％si、15.98％cr、0.64％mn、4.29％ni、0.37％nb、0.015％p、余量为fe。
9、在该优选的马氏体不锈钢材料组分配比下，应用于增材再制造中，可以将修复区附近的残余拉应力转变为有益于修复样疲劳强度的残余压应力，更有效改善增材再制造后零件的残余应力分布。
10、优选地，所述马氏体不锈钢材料的制备方法为气雾法。
11、进一步优选地，所述气雾法为：将金属原料经熔炼或机械球磨得到合金材料，将所述合金材料加热熔融、然后采用高速气体流进行雾化和冷却，得到所述马氏体不锈钢材料。该方法制备的粉末成分均匀、球形度高、流动性好。
12、进一步优选地，所述马氏体不锈钢材料的粒径为53μm-150μm。采用气雾法制备得到该粒径范围内的马氏体不锈钢材料粉末，能较好地满足进一步应用于增材制造领域的需求。
13、优选地，所述马氏体不锈钢材料的相变温度＜250℃。
14、第二方面，本专利技术提供了上述马氏体不锈钢材料在增材制造中的应用，所述应用包括激光增材制造。
15、其中，激光增材制造可以为直接增材制造，还可以进一步应用于多种材料的激光增材制造修复(增材再制造)中。
16、优选地，所述激光增材制造包括以下步骤：
17、在惰性气氛下，采用激光熔融工艺将权利要求1-6任一项所述的马氏体不锈钢材料沉积在基板上，然后采用电解抛光工艺进行表面抛光，完成所述激光增材制造。
18、本专利技术采用上述的马氏体不锈钢材料结合激光熔融工艺进行增材再制造，可实现修复件基于固态相变原位调控残余应力和变形的控制；同时通过激光熔融工艺，可以在较短的时间内实现对残余应力的调节，因此可以提高生产效率并减少生产成本。
19、进一步优选地，所述激光熔融工艺中，激光的功率为1300-1500w，扫描速率为800-1000mm/min。
20、进一步优选地，所述电解抛光工艺中，电解液为质量浓度3-4％的nacl溶液，电解抛光的电压为30-35v恒压，电解抛光的时间为1-3min。
21、通过优化控制激光工艺参数，减少内部孔洞和裂纹缺陷对残余应力分析的影响，结合上述马氏体不锈钢材料的特性，更好实现残余应力原位调节。
22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
23、本专利技术通过优化低相变温度合金粉体的成分得到马氏体不锈钢材料，控制较低的马氏体转变温度、调控固态相变过程本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种马氏体不锈钢材料，其特征在于，以质量百分比计，包括下述组分：0.014-0.141％C、0.31-4.89％Cu、0.32-1.0％Si、10.16-16.2％Cr、0.6-1.2％Mn、3.8-8.11％Ni、0.1-0.5％Nb、0.01-0.03％P、0-0.22％Mo、余量为Fe。
2.如权利要求1所述的马氏体不锈钢材料，其特征在于，以质量百分比计，包括下述组分：0.07-0.041％C、4.29-4.5％Cu、0.76-1.0％Si、15.5-15.98％Cr、0.64-1％Mn、4.29-5.5％Ni、0.3-0.4％Nb、0.01-0.015％P、余量为Fe。
3.如权利要求2所述的马氏体不锈钢材料，其特征在于，以质量百分比计，包括下述组分：0.041％C、4.29％Cu、0.76％Si、15.98％Cr、0.64％Mn、4.29％Ni、0.37％Nb、0.015％P、余量为Fe。
4.如权利要求1所述的马氏体不锈钢材料，其特征在于，所述马氏体不锈钢材料的制备方法为气雾法。
5.如权利要求4所述的马氏体不锈钢材
6.如权利要求1所述的马氏体不锈钢材料，其特征在于，所述马氏体不锈钢材料的相变温度＜250℃。
7.如权利要求1-6任一项所述的马氏体不锈钢材料在增材制造中的应用，其特征在于，所述应用包括激光增材制造。
8.如权利要求7所述的马氏体不锈钢材料在增材制造中的应用，其特征在于，所述激光增材制造包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的马氏体不锈钢材料在增材制造中的应用，其特征在于，所述激光熔融工艺中，激光的功率为1300-1500W，扫描速率为800-1000mm/min。
10.如权利要求8所述的马氏体不锈钢材料在增材制造中的应用，其特征在于，所述电解抛光工艺中，电解液为质量浓度3-4％的NaCl溶液，电解抛光的电压为30-35V恒压，电解抛光的时间为1-3min。
...【技术特征摘要】
1.一种马氏体不锈钢材料，其特征在于，以质量百分比计，包括下述组分：0.014-0.141％c、0.31-4.89％cu、0.32-1.0％si、10.16-16.2％cr、0.6-1.2％mn、3.8-8.11％ni、0.1-0.5％nb、0.01-0.03％p、0-0.22％mo、余量为fe。
2.如权利要求1所述的马氏体不锈钢材料，其特征在于，以质量百分比计，包括下述组分：0.07-0.041％c、4.29-4.5％cu、0.76-1.0％si、15.5-15.98％cr、0.64-1％mn、4.29-5.5％ni、0.3-0.4％nb、0.01-0.015％p、余量为fe。
3.如权利要求2所述的马氏体不锈钢材料，其特征在于，以质量百分比计，包括下述组分：0.041％c、4.29％cu、0.76％si、15.98％cr、0.64％mn、4.29％ni、0.37％nb、0.015％p、余量为fe。
4.如权利要求1所述的马氏体不锈钢材料，其特...
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