一种减少SLM成形18Ni300钢表层缺陷的方法

本发明涉及金属粉末加工，具体涉及是一种减少slm成形18ni300钢表层缺陷的方法。

背景技术：

1、激光选区熔化（selective laser melting，slm）成形是金属材料增材制造中的一种主要技术途径。该技术选用激光作为能量源，按照三维cad 切片模型中规划好的路径在金属粉末床层进行逐层扫描，扫描过的金属粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终获得模型所设计的金属零件。由于激光选区熔化成形技术具有光斑较小、冷却速度高的特点，成形的金属零件组织细小、精度高、性能良好，特别适合薄壁、复杂内腔、内流道等传统加工技术难以实现的复杂精密构件的整体制造。

2、18ni300是一种典型的马氏体时效钢，具有高强度、高韧性和良好的加工性能等特点。广泛应用于航空航天、国防及高精度模具等领域。

3、目前研究表明，slm成形的18ni300钢由于各道次材料存在变形不均匀性，熔池温度不均匀性和冷却速度不同，如图1所示，为激光选区熔化18ni300的显微组织，其材料内部产生较多孔洞、夹杂未熔化金属粉末、微裂纹等缺陷，这些缺陷存在会减低钢的强度、韧性以及疲劳性能、耐磨性等力学性能。

技术实现思路

1、本发明针对以上问题，提供一种减少slm成形18ni300钢表层缺陷的方法。

2、采用的技术方案是，一种减少slm成形18ni300钢表层缺陷的方法，包括以下步骤：

3、s1.对18ni300钢粉末预处理；

4、s2.将预处理后18ni300钢粉末进行slm成形；

5、s3.对成形后18ni300钢的表面处理；

6、s4.对表面处理后的18ni300钢进行超激光冷焊重熔；

7、s5.将重熔后18ni300钢放置室内静置释放内应力。

8、可选的，s1中，选择18ni300钢真空气雾粉末为原材料，并将原材料用铝箔纸包裹，放入电阻炉中，温度为40℃～60℃，时间为6 h～8h，祛除原材料中的水汽。

9、可选的，18ni300钢真空气雾粉末，按质量分数包括，17.70%ni、0.72%ti、9.05%co、0.077%al、4.70%mo、0.025%si、0.031%cr、0.022%mn、0.007%c，余量为fe。

10、可选的，18ni300钢真空气雾粉末粒度为25μm～53μm，松装密度为4.0～5.0g/cm3。

11、可选的，s2中，包括以下子步骤：

12、s21.将预处理得到的18ni300钢粉末放入激光选区熔化成形设备中并抽真空；

13、s22.将待制造零件的3d模型通过分层软件将模型离散成层数据，生成二维激光加工轨迹，输入金属3d打印机；

14、s23.激光选区熔化成形设备根据生成的加工轨迹扫描预先铺置18ni300钢粉末；

15、s24.扫描完成后，用橡胶刮刀在已加工完成的层面上再铺一层18ni300钢粉末，通过高能束激光按照加工轨迹再次扫描；

16、s25. 如此往复循环，逐层堆积直至整个零件完成制造。

17、可选的，s21中，真空度为1×10-3pa；

18、s23中，扫描的参数包括激光功率为200～600w，激光扫描速度为600～1800mm/s，扫描间距为0.05～0.15mm；

19、s24中，每层成形厚度为20μm～40μm。

20、可选的，s3中，依次用100目、400目、800目的砂纸对slm成形的18ni300钢表面打磨。

21、可选的，s3中，将打磨后的18ni300钢放入超声波清洗机内，加入无水乙醇进行清洗，且超声振动的频率为40khz，功率为480w，清洗时间为5～10min，温度为40℃。

22、可选的，s4中，通过超激光冷焊机，通入氩气保护，将slm成形的18ni300钢表面逐点熔化，每个熔点与前一个熔点的搭接率为40%～60%，每一道与前一道的搭接率为40%～60%，最终使18ni300钢整个表面完全重熔，且超激光冷焊机的电流为16～24a，脉冲时间为15～25ms，氩气的通气量为10～15l/h。

23、可选的，s5中，将重熔后18ni300钢放置室内静置1～6个月，释放内应力。

24、本发明的有益效果至少包括以下之一；

25、1、通过在激光选区熔化成形18ni300钢表面易磨损部位，采用超激光冷焊技术进行重熔，其目的是有效减少孔洞、夹杂未熔化金属粉末、微裂纹等缺陷，增加承载的有效面积，提高力学性能。再通过自然时效，释放残余内应力。

26、2、在重熔层中，孔洞、微裂纹、未熔化金属颗粒等缺陷相对基体大幅度减少重熔层和基体中各元素分布均匀，没有明显的偏析。熔池中心的显微组织，晶粒较大，有明显的等轴晶粒。介于熔池中心与熔池边缘位置的显微组织，具有柱状晶粒的特征。重熔层与基体结合处的显微组织，晶粒十分细小。重熔层的硬度相对基体得到了提高，其中在重熔层与基体结合处的硬度最高为421.2hv，相对于基体的349.8hv提高了20.4%。

技术特征：

1.一种减少slm成形18ni300钢表层缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种减少slm成形18ni300钢表层缺陷的方法，其特征在于，s1中，选择18ni300钢真空气雾粉末为原材料，并将原材料用铝箔纸包裹，放入电阻炉中，温度为40℃～60℃，时间为6 h～8h，祛除原材料中的水汽。

3.根据权利要求2所述的一种减少slm成形18ni300钢表层缺陷的方法，其特征在于，所述18ni300钢真空气雾粉末，按质量分数包括，17.70%ni、0.72%ti、9.05%co、0.077%al、4.70%mo、0.025%si、0.031%cr、0.022%mn、0.007%c，余量为fe。

4.根据权利要求2所述的一种减少slm成形18ni300钢表层缺陷的方法，其特征在于，所述18ni300钢真空气雾粉末粒度为25μm～53μm，松装密度为4.0～5.0g/cm3。

5.根据权利要求1所述的一种减少slm成形18ni300钢表层缺陷的方法，其特征在于，s2中，包括以下子步骤：

6.根据权利要求5所述的一种减少slm成形18ni300钢表层缺陷的方法，其特征在于，s21中，真空度为1×10-3pa；

7.根据权利要求6所述的一种减少slm成形18ni300钢表层缺陷的方法，其特征在于，s3中，依次用100目、400目、800目的砂纸对slm成形的18ni300钢表面打磨。

8.根据权利要求7所述的一种减少slm成形18ni300钢表层缺陷的方法，其特征在于，s3中，将打磨后的18ni300钢放入超声波清洗机内，加入无水乙醇进行清洗，且超声振动的频率为40khz，功率为480w，清洗时间为5～10min，温度为40℃。

9.根据权利要求8所述的一种减少slm成形18ni300钢表层缺陷的方法，其特征在于，s4中，通过超激光冷焊机，通入氩气保护，将slm成形的18ni300钢表面逐点熔化，每个熔点与前一个熔点的搭接率为40%～60%，每一道与前一道的搭接率为40%～60%，最终使18ni300钢整个表面完全重熔，且超激光冷焊机的电流为16～24a，脉冲时间为15～25ms，氩气的通气量为10～15l/h。

10.根据权利要求1所述的一种减少slm成形18ni300钢表层缺陷的方法，其特征在于，s5中，将重熔后18ni300钢放置室内静置1～6个月，释放内应力。

技术总结本发明涉及金属粉末加工技术领域，具体涉及是一种减少SLM成形18Ni300钢表层缺陷的方法，先对18Ni300钢粉末预处理，然后将预处理后18Ni300钢粉末进行SLM成形，接着对成形后18Ni300钢的表面处理，然后对表面处理后的18Ni300钢进行超激光冷焊重熔，最后将重熔后18Ni300钢放置室内静置释放内应力，这样通过在SLM成形材料表面易磨损部位，采用超激光冷焊技术进行重熔，其目的是有效减少孔洞、夹杂未熔化金属粉末、微裂纹等缺陷，增加承载的有效面积，提高力学性能。通过自然时效，释放残余内应力，实现了重熔层与基体结合处的显微组织，晶粒细小，重熔层的硬度相对基体得到了提高的技术效果。技术研发人员：胡登纯,王秋林,孙烨辉受保护的技术使用者：成都航空职业技术学院技术研发日：技术公布日：2024/6/11