本發(fā)明涉及電子束選區(qū)熔化制備輕質(zhì)高強(qiáng)鋼，具體涉及一種基于電子束3d打印技術(shù)的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)和科技的發(fā)展，對(duì)于材料的要求越來(lái)越高，特別是在航空航天、汽車制造和高端裝備制造等領(lǐng)域，對(duì)材料的輕量化和高強(qiáng)度有著迫切的需求。電子束3d打印技術(shù)(electron?beam?melting，ebm)是一種先進(jìn)的增材制造技術(shù)，與傳統(tǒng)的制造方法相比，ebm技術(shù)具有高精度、材料利用率高、內(nèi)部結(jié)構(gòu)可控、制造周期短的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)電子束選區(qū)熔化技術(shù)賦予了材料制造的高靈活性，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的直接制造，無(wú)需傳統(tǒng)制造過(guò)程中的模具設(shè)計(jì)和制造，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了成本。解決了傳統(tǒng)高碳合金鋼鑄造過(guò)程中存在組織不均勻，鑄件無(wú)法設(shè)計(jì)復(fù)雜形狀滿足使用條件的問(wèn)題。

2、但現(xiàn)有技術(shù)控制femnalc復(fù)雜結(jié)構(gòu)的打印過(guò)程困難，高能電子束可能導(dǎo)致局部溫度過(guò)高，產(chǎn)生熱影響區(qū)，影響材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能，導(dǎo)致工件致密度較低的問(wèn)題；電子束的聚焦精度有限，可能導(dǎo)致層與層之間的結(jié)合不均勻，影響最終產(chǎn)品的精度和一致性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供基于電子束3d打印技術(shù)的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼及其制備方法，通過(guò)本發(fā)明的方法解決現(xiàn)有技術(shù)控制femnalc復(fù)雜結(jié)構(gòu)的打印過(guò)程困難，高能電子束可能導(dǎo)致局部溫度過(guò)高，產(chǎn)生熱影響區(qū)，影響材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能，導(dǎo)致工件致密度較低的問(wèn)題；電子束的聚焦精度有限，可能導(dǎo)致層與層之間的結(jié)合不均勻，影響最終產(chǎn)品的精度和一致性的問(wèn)題。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種基于電子束3d打印技術(shù)的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼的制備方法，包括以下步驟：

4、按照質(zhì)量百分比為c：1.3～1.7％，al：7～12％，cr：1.5～3％，mn：20～30％，zn：1.5～1.7％，余量為fe，合計(jì)100％，制備femnalc粉末；

5、將femnalc粉末裝入3d打印設(shè)備粉倉(cāng)中，設(shè)計(jì)三維數(shù)字模型；

6、分層離散三維數(shù)字模型，獲取粉末參數(shù)和掃描數(shù)據(jù)，將所述粉末參數(shù)和掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入到電子束掃描控制軟件；

7、設(shè)置預(yù)熱參數(shù)，根據(jù)打印路徑設(shè)置打印參數(shù)進(jìn)行打印，其中，掃描速度2.5m/s～3.5m/s，電流速度為7ma～9ma，旋轉(zhuǎn)角度為90°；

8、打印完成后將成形件冷卻至室溫，對(duì)成形件進(jìn)行噴砂處理，去除粉末，得到電子束選區(qū)熔化femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼。

9、本發(fā)明通過(guò)對(duì)femnalc鋼中合金元素的選擇和配比，確保fe、mn、al、c等元素的比例能夠滿足輕質(zhì)高強(qiáng)的性能需求，同時(shí)考慮到3d打印過(guò)程中的熔化和凝固行為，優(yōu)化材料的微觀結(jié)構(gòu)，提高其強(qiáng)度和韌性并實(shí)現(xiàn)了在保證材料強(qiáng)度和韌性的前提下，降低材料密度，達(dá)到輕質(zhì)化的目的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳的3d打印工藝參數(shù)為掃描速度2.5m/s～3m/s，電流速度為7ma～9ma，旋轉(zhuǎn)角度為90°，以實(shí)現(xiàn)良好的熔池控制、熔池形狀和熔池與層之間的結(jié)合，以確保打印出的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼具有均勻的微觀結(jié)構(gòu)和所需的性能。

10、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，打印參數(shù)中：基板溫度為850℃～950℃，電壓為60kv。

11、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，分層離散為等厚切片，切片厚度為0.1mm～0.2mm。

12、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述粉末參數(shù)包括粉末元素組成、粒徑大小和粉末流動(dòng)性。

13、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述掃描數(shù)據(jù)包括切片厚度和掃描路徑。

14、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，打印路徑為單向掃描。

15、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述femnalc粉末粒徑為40μm～100μm。

16、在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，三維數(shù)字模型尺寸為30mm×15mm×10mm的長(zhǎng)方體三維數(shù)字模型。

17、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述任一項(xiàng)所述的基于3d打印技術(shù)制得的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼，所述femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼由奧氏體和滲碳體兩相組成。

18、電子束選區(qū)熔化技術(shù)利用高能電子束作為熱源，對(duì)放置在打印平臺(tái)上的金屬粉末進(jìn)行掃描和熔化。通過(guò)控制電子束的掃描路徑和能量，可以精確地控制熔化區(qū)域的形狀和尺寸，從而逐層構(gòu)建出三維金屬零件。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

20、1、本發(fā)明通過(guò)對(duì)femnalc鋼中合金元素的選擇和配比，確保fe、mn、al、c等元素的比例能夠滿足輕質(zhì)高強(qiáng)的性能需求，同時(shí)考慮到3d打印過(guò)程中的熔化和凝固行為，優(yōu)化材料的微觀結(jié)構(gòu)，提高其強(qiáng)度和韌性并實(shí)現(xiàn)了在保證材料強(qiáng)度和韌性的前提下，降低材料密度，達(dá)到輕質(zhì)化的目的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳的3d打印工藝參數(shù)為掃描速度2.5m/s～3m/s，電流速度為7ma～9ma，旋轉(zhuǎn)角度為90°，以實(shí)現(xiàn)良好的熔池控制、熔池形狀和熔池與層之間的結(jié)合，以確保打印出的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼具有均勻的微觀結(jié)構(gòu)和所需的性能，通過(guò)精確的打印參數(shù)控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)整，如不同元素的含量會(huì)改變合金的相組成，元素比例會(huì)影響晶體結(jié)構(gòu)，較高的打印溫度可以促進(jìn)原子擴(kuò)散，電子束電流能量輸入高，熔化深度增加，可以改變凝固過(guò)程中的冷卻速率，影響微觀組織的形成，使晶粒長(zhǎng)大，因此，通過(guò)本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)及加工參數(shù)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了相組成的改變，同時(shí)起到細(xì)化晶粒的作用，進(jìn)而優(yōu)化材料的力學(xué)性能。

21、2、本發(fā)明通過(guò)特定的合金設(shè)計(jì)和電子束選區(qū)熔化工藝，可以顯著提高材料的強(qiáng)度、韌性等性能，滿足特定應(yīng)用領(lǐng)域的需求。femnalc鋼的制備使得材料具有較低的密度，相比傳統(tǒng)材料，可以實(shí)現(xiàn)更輕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這對(duì)于航空航天、汽車制造、機(jī)械工程、電子3c等領(lǐng)域具有重要意義。

技術(shù)特征：

1.一種基于電子束3d打印技術(shù)的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電子束3d打印技術(shù)的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼的制備方法，其特征在于，打印參數(shù)中：基板溫度為850℃～950℃，電壓為60kv。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電子束3d打印技術(shù)的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼的制備方法，其特征在于，分層離散方式為等厚切片，切片厚度為0.1mm～0.2mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電子束3d打印技術(shù)的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼的制備方法，其特征在于，打印路徑為單向掃描。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電子束3d打印技術(shù)的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼的制備方法，其特征在于，三維數(shù)字模型尺寸為30mm×15mm×10mm的長(zhǎng)方體三維數(shù)字模型。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電子束3d打印技術(shù)的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼的制備方法，其特征在于，所述粉末參數(shù)包括粉末元素組成、粒徑大小和粉末流動(dòng)性。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電子束3d打印技術(shù)的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼的制備方法，其特征在于，所述掃描數(shù)據(jù)包括切片厚度和掃描路徑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電子束3d打印技術(shù)的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼的制備方法，其特征在于，打印方式為：依照鋪粉工藝、預(yù)熱工藝及選區(qū)熔化工藝，依次重復(fù)進(jìn)行，逐層堆積打印。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電子束3d打印技術(shù)的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼的制備方法，其特征在于，所述femnalc粉末粒徑為40μm～100μm。

10.一種權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的基于電子束3d打印技術(shù)制得的femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼，其特征在于，所述femnalc輕質(zhì)高強(qiáng)鋼由奧氏體和滲碳體兩相組成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電子束選區(qū)熔化制備輕質(zhì)高強(qiáng)鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電子束3D打印技術(shù)的FeMnAlC輕質(zhì)高強(qiáng)鋼及其制備方法，包括以下步驟：制備FeMnAlC粉末；設(shè)計(jì)三維數(shù)字模型；分層離散模型，獲取粉末參數(shù)和掃描數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到電子束掃描控制軟件；設(shè)置預(yù)熱參數(shù)，打印策略和打印參數(shù)進(jìn)行打印，其中，打印參數(shù)為：掃描速度2.5～3m/s，電流速度為7～9mA，旋轉(zhuǎn)角度為90°；打印完成后將成形件冷卻至室溫，對(duì)成形件進(jìn)行噴砂處理，去除粉末，得到電子束選區(qū)熔化FeMnAlC輕質(zhì)高強(qiáng)鋼，通過(guò)本發(fā)明的方法解決傳統(tǒng)高碳高合金鋼鑄造過(guò)程中流動(dòng)性差，組織不均勻，鑄件無(wú)法設(shè)計(jì)復(fù)雜形狀滿足使用條件的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：王巖,彭浩文,劉世鋒,魏瑛康,張亮亮,王建勇,賈文鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安建筑科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17