一种提高3D打印奥氏体不锈钢的冲击韧性的热处理方法

　　[0003]3D打印成型过程中不断的反复加热冷却，材料会不可避免的在敏化温度区间暴露较长时间，超过固溶极限的碳不能存在于奥氏体晶粒内，便会沿晶界析出，与周围的铬形成稳定的CrC碳化物，造成晶界贫铬区。另外，由于铁素体相的生成，会进一步降低基体中碳的溶解度，因为铁素体的溶碳能力更低于奥氏体，由此鉴于3D打印成型的特殊性，适用于传统加工的热处理工艺将不能直接用于3D打印构件。

　　[0005]步骤一：制备3D打印的奥氏体不锈钢材料；

　　[0007]步骤三：以一定冷却速度进行快速冷却处理；

　　[0009]优选的，所述固溶处理的温度范围为1000-1150℃。

　　[0011]优选的，所述快速冷却处理的冷却速度为500-1000℃/s。

　　[0013]本发明与现有技术相比，其有益效果是：

　　[0015](Ⅱ)本发明的方法有效地去除了3D打印材料中残余应力，获得了去应力的3D打印细晶组织。

　　[0017](Ⅳ)本发明制备的3D打印材料有效地消除了打印过程中无法避免的有害析出相。

　　[0019]图1为根据本发明的提高3D打印奥氏体不锈钢的冲击韧性的热处理方法的材料微观硬度随不同热处理工艺的分布图；

　　[0022]图4为根据本发明的提高3D打印奥氏体不锈钢的冲击韧性的热处理方法的平行于打印方向固溶态304L不锈钢的金相形貌图；

　　[0024]图6为根据本发明的提高3D打印奥氏体不锈钢的冲击韧性的热处理方法的参数打印的不锈钢沉积态及固溶热处理之后的力学性能检测图；

　　[0026]图8为根据本发明的提高3D打印奥氏体不锈钢的冲击韧性的热处理方法的晶间腐蚀试验沉积态样品的沿晶腐蚀图。

　　[0028]提供了一种提高3D打印奥氏体不锈钢的冲击韧性的热处理方法，该方法包括以下步骤：

　　[0030]步骤二：在特定温度范围进行固溶处理一定时间：

　　[0032]进一步的，在步骤一中制备的3D打印奥氏体不锈钢材料，包括304/304L不锈钢、316/316L不锈钢，321不锈钢。

　　[0036]进一步的，在步骤三中的冷却处理介质为冷却水。

　　[0038]3D打印了一批奥氏体不锈钢304L不锈钢样品。试验参数见表2中的实施例,编号：1050C20minAC。试验样品均为本发明申请单位实验室的优化参数打印的样品。选择1050℃作为固溶处理温度。保温时间的选择，结合传统成熟热处理工艺及打印零部件的特点，选择20min、30min、40min三组保温时间加以对比。冷却速度的大小影响残余应力的消除和晶粒尺寸以及析出物的生成，冷速太快和太慢都会产生不良影响。试验中，除了本发明设计的水冷快速冷却方式，还设计了空冷冷却方式进行对比。除了固溶处理作为热处理工艺，还设计了一组去应力退火和一组稳定化热处理(其它实施例和对比例，如表2)，用作与固溶处理的效果形成对比。表2列出了初期设计的几组热处理工艺，进行热处理筛选的。

　　[0040]3D打印了另一批奥氏体不锈钢304L不锈钢样品。试验样品均为本发明申请单位实验室的工艺参数打印的样品。试验参数见表2中的实施例,编号：1050C40minAC。

　　[0042]3D打印了另一批奥氏体不锈钢304L不锈钢样品。试验样品均为本发明申请单位实验室的工艺参数打印的样品。试验参数见表2中的实施例,编号：1050C20minWQ。

　　[0044]3D打印了另一批奥氏体不锈钢304L不锈钢样品。试验样品均为本发明申请单位实验室的工艺参数打印的样品。试验参数见表2中的实施例编号：1050C30minWQ。

　　[0046]3D打印了另一批奥氏体不锈钢304L不锈钢样品。试验样品均为本发明申请单位实验室的工艺参数打印的样品。试验参数见表2中的实施例,编号：1050C30minWQ。

　　[0048]3D打印了另一批奥氏体不锈钢304L不锈钢样品。试验样品均为本发明申请单位实验室的工艺参数打印的样品。试验参数见表2中的实施例,编号：as-built。

　　[0050]3D打印了另一批奥氏体不锈钢304L不锈钢样品。试验样品均为本发明申请单位实验室的工艺参数打印的样品。试验参数见表2中的实施例,编号：400C5hrFC-150CAC。

　　[0052]3D打印了另一批奥氏体不锈钢304L不锈钢样品。试验样品均为本发明申请单位实验室的工艺参数打印的样品。试验参数见表2中的实施例,编号：400C10hrFC-150CAC。

　　[0054]3D打印了另一批奥氏体不锈钢304L不锈钢样品。试验样品均为本发明申请单位实验室的工艺参数打印的样品。试验参数见表2中的实施例,编号：850C1hrAC。

　　[0056]热处理温度保温时间冷却方式去应力退火-1400℃5小时随炉冷却至150℃空冷去应力退火-2400℃10小时随炉冷却至150℃空冷固溶处理-11050℃20分钟出炉空冷固溶处理-21050℃40分钟出炉空冷固溶处理-31050℃20分钟水冷固溶处理-41050℃30分钟水冷固溶处理-51050℃30分钟气体吹扫冷却稳定化处理850℃1小时出炉空冷

　　[0058]材料微观硬度

　　[0060]沉积态组织结构表征

　　[0062]热处理后不锈钢的微观组织结构

　　[0064]固溶处理后不锈钢样品的性能测试

　　[0066]进一步的，对随炉样品热处理后性能检测，对打印的零件随炉样品进行1050℃/30min的固溶热处理，样品编号和取样方向以及检测结果如表2所示，其中T代表平行于打印方向，即Z方向；TX代表X方向样品；TY代表Y方向样品。由表中检测结果可以，X、Y、Z三个方向的样品，经过热处理之后，获得了强度和延伸率的综合优异性能，屈服强度、抗拉强度和塑性伸长率，均高于项目任务书中提出的设计指标。

　　[0069]取打印样品的X、Y、Z三个方向的样品，经过1050℃/30min保温/水淬冷却固溶处理后，进行标准V型缺口试样冲击试验，如表3所示，冲击试验结果表明，经过固溶处理后的304L材料，三个方向的冲击吸收功均高于100J，满足材料设计的冲击要求。

　　[0072]如图7-8所示为根据项目任务书进行的标准晶间腐蚀试验结果，所用样品为相同参数打印样品后经过1050℃/30min保温水冷热处理，结果表明，经过固溶处理后的样品完全满足晶间腐蚀要求，腐蚀后未发现沿晶腐蚀以及开裂的现象。但值得注意的是，未经过固溶处理的沉积态试样，经过晶间腐蚀试验之后，发生了沿晶开裂的现象。进一步证实了固溶处理的有效性。

　　[0074]尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。