一种激光选区熔化成形05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的方法
阅读说明：本技术 一种激光选区熔化成形05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的方法 (Method for selective laser melting forming of 05Cr17Ni4Cu4Nb stainless steel bleed air pipe ) 是由 薛丽媛 马慧君 任慧娇 周冠男 董文启 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种激光选区熔化成形05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的方法,包括如下步骤：称量05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢原料粉末,粉末各组分的质量分数为：Ni 3.0％-5.0％；Cu3.0％-5.0％；Cr 15.0％-17.5％；Nb 0.15％-0.45％,C≤0.07％；Si≤1.0％；Mn≤1.0％；P≤0.035％；S≤0.025％,余量为Fe；(2)建立05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的三维模型,对三维模型进行切片后,将切片文件导入激光选区熔化设备；(3)对原料粉末进行引气管的激光选区熔化成形,再经热处理后即得05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管。本发明解决了传统制造工艺刀具消耗量大,制造周期长,难以成形复杂异形结构零件等问题,实现该材料零件的快速成形与直接制造。本发明制造的激光选区熔化成形件力学性能优良、缺陷少、致密度高、内部质量好,满足航空发动机设计使用要求。(The invention provides a method for selective laser melting forming of 05Cr17Ni4Cu4Nb stainless steel bleed air pipes, which comprises the following steps: weighing 05Cr17Ni4Cu4Nb stainless steel raw material powder, wherein the mass fraction of each component of the powder is as follows: 3.0 to 5.0 percent of Ni; cu3.0% -5.0%; 15.0 to 17.5 percent of Cr; 0.15 to 0.45 percent of Nb and less than or equal to 0.07 percent of C; si is less than or equal to 1.0 percent; mn is less than or equal to 1.0 percent; p is less than or equal to 0.035%; less than or equal to 0.025 percent of S and the balance of Fe; (2) establishing a three-dimensional model of a 05Cr17Ni4Cu4Nb stainless steel bleed air pipe, slicing the three-dimensional model, and guiding a slice file into selective laser melting equipment; (3) and carrying out selective laser melting forming on the raw material powder by using an air guide pipe, and carrying out heat treatment to obtain the 05Cr17Ni4Cu4Nb stainless steel air guide pipe. The invention solves the problems of large cutter consumption, long manufacturing period, difficulty in forming parts with complex special-shaped structures and the like in the traditional manufacturing process, and realizes the rapid forming and direct manufacturing of the material parts. The selective laser melting forming piece manufactured by the invention has the advantages of excellent mechanical property, few defects, high density and good internal quality, and meets the design and use requirements of an aeroengine.)
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种激光选区熔化成形05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的方法。
背景技术
05Cr17Ni4Cu4Nb是一种马氏体沉淀、硬化不锈钢，由于其具有高强度、硬度和抗氧化性能等特性，该材料主要用于制造400℃以下工作的高强耐腐蚀部件，制造飞机、导弹发动机的紧固件、阀门部件等。但传统制造工艺主要由铸造/锻造、机械加工工艺制造，制造周期长，并且受工艺本身的限制，复杂异形结构零件制造困难。
激光选区熔化是一种金属件直接成形方法，是快速成形技术的最新发展。该技术突破了传统加工方法去除成形的概念，采用添加材料的方法成形零件，大大减少了材料去除的浪费问题；成形过程不受零件复杂程度的限制，因而具有很大的柔性，适合各种复杂形状零件的制造，尤其适合内部有复杂异形结构(如空腔)、用传统方法无法制造的复杂零件。此外，该技术无需任何专用工装和工具，直接根据数模即可将复杂形状的零件制造出来。一般来说，采用激光选区熔化快速成形技术，零件的制造时间和成本约为传统制造技术的30％-50％。因此，本发明提供一种激光选区熔化成形05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服传统锻造/铸造、机械加工工艺制造周期长、刀具成本高、复杂异形结构零件制造困难等问题。提供一种激光选区熔化成形05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的方法，实现该材料引气管的快速成形与直接制造，机械加工少。本发明制造的激光选区熔化成形零件力学性能优良、致密度高、内部质量好、性能稳定。
本发明所采用的技术方案是：一种激光选区熔化成形05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的方法，包括如下步骤：
(1)称量05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢原料粉末，粉末各组分的质量分数为：Ni 3.0％-5.0％；Cu 3.0％-5.0％；Cr 15.0％-17.5％；Nb 0.15％-0.45％，C≤0.07％；Si≤1.0％；Mn≤1.0％；P≤0.035％；S≤0.025％，余量为Fe；
(2)建立05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的三维模型，对三维模型进行切片后，将切片文件导入激光选区熔化设备；
(3)对原料粉末进行引气管的激光选区熔化成形，再经热处理后即得05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管。
进一步地，所述步骤(1)原料粉末粒径范围为15μm-53μm，粉末的空心粉含量不多于1％。
进一步地，所述步骤(2)中切片厚度为20-40μm。
进一步地，所述步骤(3)中激光选区熔化成形参数为：光斑直径100-120μm，激光功率260-280W，扫描速度800-1000mm/s，铺粉层厚20-40μm，相位角67°，搭接量0.05μm，扫描策略蛇行。
进一步地，所述步骤(3)热处理包括固溶和时效处理，固溶处理方法为：温度控制为1000-1100℃，保温1-3h，然后氩气冷却至时效温度；时效处理方法为：温度控制为450-550℃，保温1-4h，再氩气冷却至室温。
进一步地，所述步骤(3)进行热处理前需要采用压缩空气清理成形零件表面上的粉末。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明中成形后的不锈钢基体经固溶处理后组织转变为马氏体，再经时效处理，马氏体基体沉淀出富铜相，强度进一步提高，进而得到性能良好的05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢构件，通过对金相组织进行观察，激光选区熔化成形05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢构件内部组织控制良好，无未熔合及裂纹等缺陷，并且横向和纵向力学性能无明显差异；
(2)本发明提出的激光选区熔化成形05Cr17Ni4Cu4Nb材料引气管的方法，制造时间短，机械加工少，解决了传统锻造引气管机械加工制造周期长、刀具消耗量大、成本高等问题。
(3)本发明提供激光选区熔化成形05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的方法，可广泛应用于航空发动机复杂结构零部件的制造，实现05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料零件的快速成形与直接制造。
附图说明
图1为引气管结构示意图；
图2为引气管主视图；
图3为引气管剖视图；
图4为引气管激光选区熔化成形方向示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
1)称量05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢原料粉末，粉末各主要组分的质量分数为：Ni3.95％，Cu 3.29％，Cr 16.28％，Nb 0.25％，C 0.015％，Si 0.67％，Mn 0.35％，P0.018％，S 0.009％，其余为Fe元素；粉末粒径为15μm-53μm，其中D10为15.57μm，D50为38.46μm，D90为50.10μm；粉末空心粉含量为0.86％；
2)采用UG软件建立05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的三维模型，如图1至图3所示，利用Magics软件对三维模型进行切片后，切片厚度为40μm，将切片文件导入激光选区熔化设备，引气管的激光选区熔化成形方向如图4所示；
3)在氩气气体条件下将05Cr17Ni4Cu4Nb粉末激光选区熔化成形，通过激光扫描粉末，层层累加成形，激光选区熔化成形工艺参数包括：光斑直径120μm，激光功率270W，扫描速度900mm/s，铺粉层厚40μm，相位角67°，搭接量0.05μm，扫描策略蛇行；
4)成形结束后，待零件冷却4小时后，开启成形舱门取出基板与零件，采用压缩空气清理基板和成形在基板上的零件的表面的粉末；将清粉后得到的零件连同基板采用真空高压气体淬火炉进行热处理，得到性能满足要求的05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢零件，热处理制度为：固溶处理温度控制为1040℃，保温1h，然后氩气冷却至时效温度；时效处理温度控制为500℃，保温4h，再氩气冷却至室温；
利用线切割将05Cr17Ni4Cu4Nb材料引气管从基板上切下，得到05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管。
采用同批成形的试样对得到的05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管进行力学性能检测，测试结果表明：室温抗拉强度达到1207-1223MPa，屈服强度达到1072-1095MPa，延伸率达到16.5-17.5％。
实施例2
1)称量05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢原料粉末，粉末各主要组分的质量分数为：Ni4.04％，Cu 3.42％，Cr 16.08％，Nb 0.27％，C 0.012％，Si 0.62％，Mn 0.39％，P0.016％，S 0.013％，其余为Fe元素；粉末粒径为15μm-53μm，其中D10为15.82μm，D50为39.01μm，D90为50.50μm；粉末空心粉含量为0.81％；
2)采用UG软件建立05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的三维模型，如图1至图3所示，利用Magics软件对三维模型进行切片，切片厚度为40μm，将切片文件导入激光选区熔化设备，引气管的激光选区熔化成形方向如图4所示；
3)在氩气气体条件下将05Cr17Ni4Cu4Nb粉末激光选区熔化成形，通过激光扫描粉末，层层累加成形，激光选区熔化成形工艺参数包括：光斑直径120μm，激光功率260W，扫描速度800mm/s，铺粉层厚40μm，相位角67°，搭接量0.05μm，扫描策略蛇行；
4)成形结束后，待零件冷却4小时后，开启成形舱门取出基板与零件，采用压缩空气清理基板和成形在基板上的零件的表面的粉末；将清粉后得到的零件连同基板采用真空高压气体淬火炉进行热处理，得到性能满足要求的05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢零件，热处理制度为：固溶处理温度控制为1050℃，保温1h，然后氩气冷却至时效温度；时效处理温度控制为500℃，保温4h，再氩气冷却至室温；
利用线切割将05Cr17Ni4Cu4Nb材料引气管从基板上切下，得到05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管。
采用同批成形的试样对得到的05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管进行力学性能检测，测试结果表明：室温抗拉强度达到1198-1224MPa，屈服强度达到1078-1090MPa，延伸率达到16.5-17.0％。
实施例3
1)称量05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢原料粉末，粉末各主要组分的质量分数为：Ni3.95％，Cu 3.33％，Cr 16.31％，Nb 0.22％，C 0.018％，Si 0.62％，Mn 0.34％，P0.015％，S 0.009％，其余为Fe元素；粉末粒径为15μm-53μm，其中D10为15.68μm，D50为38.57μm，D90为50.34μm；粉末空心粉含量为0.79％；
2)采用UG软件建立05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管的三维模型，如图1至图3所示，利用Magics软件对三维模型进行切片，切片厚度为30μm，将切片文件导入激光选区熔化设备，引气管的激光选区熔化成形方向如图4所示；
3)在氩气气体条件下将05Cr17Ni4Cu4Nb粉末激光选区熔化成形，通过激光扫描粉末，层层累加成形，激光选区熔化成形工艺参数包括：光斑直径120μm，激光功率280W，扫描速度1000mm/s，铺粉层厚30μm，相位角67°，搭接量0.05μm，扫描策略蛇行；
4)成形结束后，待零件冷却4小时后，开启成形舱门取出基板与零件，采用压缩空气清理基板和成形在基板上的零件的表面的粉末；将清粉后得到的零件连同基板采用真空高压气体淬火炉进行热处理，得到性能满足要求的05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢零件，热处理制度为：固溶处理温度控制为1040℃，保温1h，然后氩气冷却至时效温度；时效处理温度控制为500℃，保温4h，再氩气冷却至室温；
利用线切割将05Cr17Ni4Cu4Nb材料引气管从基板上切下，得到05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管。
采用同批成形的试样对得到的05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢引气管进行力学性能检测，测试结果表明：室温抗拉强度达到1202-1228MPa，屈服强度达到1074-1093MPa，延伸率达到16.5-17.5％。
以上技术方案阐述了本发明的技术思路，不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
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