适用于间接增材制造钨合金部件的热处理强韧化方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202410196432.8 | 申请日 | 2024-02-22 | 公开(公告)号 | CN117904565A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 湖南云箭集团有限公司; 湖南云箭科技有限公司; | 发明人 | 肖鹏; 高盼盼; 杨凯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种适用于间接 增材制造 钨 合金 部件的 热处理 强韧化方法。该方法包括步骤：将间接增材制造钨合金部件置于淬火炉中并抽 真空 ；进行第一次加热，直至表面 温度 或 环境温度 升温至800℃～1200℃并保温第一预设时间段；快速转移至冷却介质中冷却第二预设时间段；返 回执 行将间接增材制造钨合金部件置于淬火炉中并抽真空的步骤，并循环执行预设次数；将间接增材制造钨合金部件转移至真空固溶炉中并抽真空；进行第二次加热，直至表面温度或环境温度升温至800℃～1200℃，并保温第三预设时间段；随炉冷却至室温。上述热处理强韧化方法可在保证间接增材制造钨合金部件的外形 精度 较高的前提下获得强度和韧性的最大提升效果，且工艺简单、周期短、成本低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种适用于间接增材制造钨合金部件的热处理强韧化方法，其特征在于，包括步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 适用于间接增材制造钨合金部件的热处理强韧化方法技术领域[0001] 本发明涉及间接增材制造技术领域，特别是涉及一种适用于间隔增材制造钨合金部件的热处理强韧化方法。 背景技术[0002] 间接增材制造技术是指将原材料粉末与粘结剂预先增材制造生坯、再经高温脱脂烧结致密化得到最终制件的一类增材制造技术。根据生坯成形原理的不同，可分为粘结剂喷射、熔融/浆料挤出、光固化、激光选区烧结等四种工艺路线。相比激光、电子束、电弧等高能热源直接增材制造技术，间接增材制造技术对原材料的要求更为宽松，且成形效率更高，尤其适用于难熔金属、耐高温陶瓷、高激光反射率金属等材料复杂构型的低成本规模化制造，在国防科技工业、消费电子等领域应用潜力巨大。 [0003] 当前，利用间接增材制造技术成形钨合金复杂构型受到了国内外研究者的广泛关注。但受限于粘结剂的存在以及显著不同于粉末冶金法的成形原理，间接增材制造钨合金零件的力学性能相比粉末冶金法成形件仍存在一定差距，且无法通过传统的热处理强化工艺，如真空脱氢、固溶淬火、循环热冲击、形变强化等手段，在保证构件外形精度的前提下大幅提高力学性能。这极大地限制该项技术的规模化工程应用。 发明内容[0004] 基于此，有必要提供一种适用于间接增材制造钨合金部件的热处理强热化方法。 [0005] 一种适用于间接增材制造钨合金部件的热处理强韧化方法，包括步骤： [0006] 将间接增材制造钨合金部件置于淬火炉中，并抽真空； [0008] 将保温后的所述间接增材制造钨合金部件快速转移至冷却介质中冷却第二预设时间段； [0009] 返回执行将间接增材制造钨合金部件置于淬火炉中并抽真空的步骤，并循环执行预设次数； [0010] 将间接增材制造钨合金部件转移至真空固溶炉中，并抽真空； [0011] 对处于真空环境下的增材制造钨合金进行第二次加热，直至所述间接增材制造钨合金部件的表面温度或环境温度升温至800℃～1200℃，并保温第三预设时间段； [0012] 将保温后的所述间接增材制造钨合金部件随炉冷却至室温。 [0013] 在其中一个实施例中，在将间接增材制造钨合金部件置于淬火炉中，并抽真空的步骤之前，还包括步骤： [0014] 对间接增材制造钨合金部件进行清洗，以清除所述间接增材制造钨合金部件表面的油污。 [0015] 在其中一个实施例中，对所述间接增材制造钨合金部件进行清洗的步骤为：利用蘸有清洗剂的抹布对所述间接增材制造钨合金部件表面的油污进行擦拭清洗。 [0016] 在其中一个实施例中，在将间接增材制造钨合金部件转移至真空固溶炉中，并抽真空的步骤之前，还包括步骤：将所述间接增材制造钨合金部件从所述冷却介质中取出，并将所述间接增材制造钨合金部件表面的冷却介质擦干。 [0017] 在其中一个实施例中，所述将间接增材制造钨合金部件置于淬火炉中，并抽真空的步骤为：将间接增材制造钨合金部件置于淬火炉中，并抽真空，直至炉内压力小于或等于10Pa； [0018] 将间接增材制造钨合金部件置于固溶炉中，并抽真空的步骤为：将所述间接增材制造钨合金部件置于真空固溶炉内，并抽真空，直至炉内压力小于或等于10Pa。 [0019] 在其中一个实施例中，所述第一预设时间段为1min～30min，所述第二预设时间段为1min～10min，所述第三预设时间段为1h～3h。 [0020] 在其中一个实施例中，所述第一次加热和所述第二次加热时的温升速率为：1℃/min～10℃/min。 [0021] 在其中一个实施例中，所述间接增材制造钨合金部件快速转移至所述冷却介质中时的转移时间≤5min。 [0022] 在其中一个实施例中，所述冷却介质为普通淬火油、光亮淬火油、高速淬火油或真空淬火油。 [0023] 在其中一个实施例中，在所述返回执行将间接增材制造钨合金部件置于淬火炉中并抽真空的步骤，并循环执行预设次数的步骤中，所述预设次数为2～20次。 [0024] 上述适用于间接增材制造钨合金部件的热处理强热化方法，通过返回执行将间接增材制造钨合金部件置于淬火炉中并抽真空的步骤，并循环执行预设次数，可以使低熔点合金相在间接增材制造钨合金部件的内部分布更加均匀，充分渗入到钨‑钨界面，促使间接增材制造钨合金部件断裂模式以钨晶粒穿晶解理断裂为主转变为以粘结剂韧性断裂为主；通过真空固溶可以纯化钨‑钨晶界，抑制磷、氧等杂质元素偏析后，降低了间接增材制造钨合金部件内部的氢元素含量，提高粘结相的韧性和钨‑粘结相的界面结合强度。因此，与现有的钨合金热处理工艺相比，上述热处理强韧化方法可在保证间接增材制造钨合金部件的外形精度较高的前提下获得强度和韧性的最大提升效果，且工艺简单、周期短、成本低，工程应用前景广阔。 附图说明 [0025] 通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中： [0026] 图1为本发明较佳实施例中适用于间接增材制造钨合金部件的热处理强韧化方法的流程示意图； [0027] 图2为本发明一实施例中对比例与实施例1的拉伸应力‑应变曲线示意图； [0028] 图3为本发明一实施例中对比例与实施例1的拉伸样条断口形貌图像。 具体实施方式[0029] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。 [0030] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。 [0031] 在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件被指为在另一元件“上”时，其能直接在其他元件上或亦可存在中间元件。亦可以理解的是，当元件被指为在两个元件“之间”时，其可为两个元件之间的唯一一个，或亦可存在一或多个中间元件。 [0032] 在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。 [0033] 请参阅图1，本发明较佳实施例中的适用于间接增材制造钨合金部件的热处理强韧化方法包括步骤S100至步骤S700。 [0034] 步骤S100，将间接增材制造钨合金部件置于淬火炉中，并抽真空。 [0035] 在执行步骤100之前，间接增材制造钨合金部件为以钨合金粉末、粘结剂为原料，通过粘结剂喷射、熔融挤出、激光选区烧结、模压等工艺预先成型的生坯。 [0036] 具体地，步骤S100为：将间接增材制造钨合金部件置于淬火炉中，并抽真空，直至炉内压力小于或等于10Pa。如此，为间接增材制造钨合金部件在淬火内的热处理提供真空环境，以降低空气中的氧气等对热处理的影响。 [0037] 在步骤S100之前，还包括步骤：对间接增材制造钨合金部件进行清洗，以清除间接增材制造钨合金部件表面的油污。如此可降低后续热处理过程中附着于间接增材制造钨合金部件表面的油污对热处理的影响。 [0038] 具体地，利用蘸有清洗剂的抹布对间接增材制造钨合金部件表面的油污进行擦拭清洗。更为具体地，清洗剂为酒精。当然在其他实施例中，清洗剂也可以为其他能够快速去除油污的溶液。 [0040] 步骤S200，对处于真空环境下的间接增材制造钨合金部件进行第一次加热，直至间接增材制造钨合金部件的表面温度或环境温度升温至800℃～1200℃，并保温第一预设时间段。 [0041] 具体地，将第一次加热后的间接增材制造钨合金部件保温1min～30min。 [0042] 具体地，对真空环境下的间接增材制造钨合金部件进行第一次加热，使得间接增材制造钨合金部件的表面温度或环境温度以1℃/min～10℃/min的温升速率升温至800℃～1200℃。 [0043] 步骤S300，将保温后的间接增材制造钨合金部件快速转移至冷却介质中冷却第二预设时间段。即，将保温后的间接增材制造钨合金部件从淬火炉中快速取出并快速放入冷却介质中冷却第二预设时间段，以达到对第一次加热后的间接增材制造钨合金部件进行速冷的目的。其中，冷却介质可以为普通淬火油、光亮淬火油、高速淬火油和真空淬火油等，也可以为其他能够实现高温快速冷却的液体。 [0044] 具体地，将保温后的间接增材制造钨合金部件快速转移至冷却介质中冷却1min～10min。 [0045] 具体地，快速转移时的转移时间≤5min。即，将保温后的间接增材制造钨合金部件从淬火炉内取出并放入冷却介质中的用时不超过5min，以降低加热后的间接增材制造钨合金部件暴露在空气而发生氧化等情况的概率。 [0046] 步骤S400，返回执行将间接增材制造钨合金部件置于淬火炉中并抽真空的步骤，并循环执行预设次数。具体地，预设次数为2～20次。 [0047] 即步骤S400为返回循环执行步骤S100至步骤S300预设次数。而步骤S100至步骤S300为对间接增材制造钨合金部件进行淬火处理的步骤，故步骤S400为对间接增材制造钨合金部件循环淬火处理。 [0048] 步骤S500，将间接增材制造钨合金部件转移至真空固溶炉中，并抽真空。即，将间接增材制造钨合金部件从冷却介质中取出并放入真空固溶炉内。 [0049] 具体地，将间接增材制造钨合金部件置于真空固溶中，并抽真空，直至炉内压力小于或等于10Pa。如此，为间接增材制造钨合金部件在真空固溶炉内的热处理提供真空环境，以降低空气中的氧气等对热处理的影响。 [0050] 在步骤S500之前，还包括步骤：将间接增材制造钨合金部件从冷却介质中取出，并将间接增材制造钨合金部件表面的冷却介质擦干。如此以保证间接增材制造钨合金部件在进入真空固溶炉之前保持表面干燥清洁，以降低冷却介质真空固溶处理的影响。 [0051] 步骤S600，对处于真空环境下的增材制造钨合金进行第二次加热，直至间接增材制造钨合金部件的表面温度或环境温度升温至800℃～1200℃，并保温第三预设时间段。 [0052] 具体地，将第二次加热后的间接增材制造钨合金部件保温1h～3h。 [0053] 具体地，对真空环境下的间接增材制造钨合金部件进行第二次加热，使得间接增材制造钨合金部件的表面温度或环境温度以1℃/min～10℃/min的温升速率升温至800℃～1200℃。 [0054] 步骤S700，将保温后的间接增材制造钨合金部件随炉冷却至室温。 [0055] 通过执行步骤S100至步骤S700，可实现对间接增材制造钨合金部件进行热处理，且执行顺序与上述步骤的标号顺序一致，通过执行步骤S100至步骤S400，即可实现对间接增材制造钨合金部件的反复数次的淬火处理，通过执行步骤S500至步骤S700，即可实现对间接增材制造钨合金部件的真空固溶。 [0056] 所以，上述适用于间接增材制造钨合金部件的热处理强韧化方法包括两部分，循环淬火和真空固溶。一方面通过循环淬火(即重复多次淬火)可以使低熔点合金相在间接增材制造钨合金部件的内部分布更加均匀，充分渗入到钨‑钨界面，促使间接增材制造钨合金部件断裂模式以钨晶粒穿晶解理断裂为主转变为以粘结剂韧性断裂为主；另一方面，通过真空固溶可以纯化钨‑钨晶界，抑制磷、氧等杂质元素偏析后，降低了间接增材制造钨合金部件内部的氢元素含量，提高粘结相的韧性和钨‑粘结相的界面结合强度。因此，与现有的钨合金热处理工艺相比，上述热处理强韧化方法可在保证间接增材制造钨合金部件的外形精度较高的前提下获得强度和韧性的最大提升效果，且工艺简单、周期短、成本低，工程应用前景广阔。 [0057] 为了对采用上述方法改性后的间接增材制造钨合金部件的力学性能有个更为直观的了解，以下列举几个实施例以及对应的力学性能测试结果。 [0058] 对比例，粘结剂喷射制造的钨合金部件。 [0059] 实施例1，步骤S200中，保温温度为1100℃，第一预设时间段为20min；步骤S300中，第二预设时间段为5min；步骤S400中，循环执行的预设次数为2次；步骤S600中，保温温度为1000℃，第三预设时间段为2h。 [0060] 实施例2，步骤S200中，保温温度为1100℃，第一预设时间段为20min；步骤S300中，第二预设时间段为5min；步骤S400中，循环执行的预设次数为4次；步骤S600中，保温温度为1000℃，第三预设时间段为2h。 [0061] 实施例3，步骤S200中，保温温度为1200℃，第一预设时间段为20min；步骤S300中，第二预设时间段为5min；步骤S400中，循环执行的预设次数为4次；步骤S600中，保温温度为900℃，第三预设时间段为2h。 [0062] 分别参照GB/T 228.1‑2010、GB/T 229‑2020的要求测试了对比例和实施例1‑3的拉伸性能和冲击韧性，结果如下表所示： [0063] [0064] 由上述试验测试数据可知，利用上述适用于间接增材制造钨合金部件的热处理强韧化方法改性的钨合金部件，其拉伸强度为900MPa～1000MPa，延伸率15％～24％，冲击韧2 2 性90J/cm ～95J/cm ，相比未热处理样品的拉伸强度和冲击韧性分别可提高近20％和 600％。 [0065] 进一步地，如图1所示，实施例1中经上述方法改性后的钨合金部件的断裂延长率提高显著；而在图3中，(a)、(b)、(c)为对比例的测试图像，(d)、(e)、(f)为实施例1的测试图像，可以看到，对比例的钨晶粒断口大多呈现出放射状的、解理形貌，与镍铁合金粘结相发生一定的脱粘，表明晶界是裂纹的主要萌生点，钨相和镍铁合金粘结相之间的载荷传递存在一定的耗散；而实施例1的钨晶粒断裂表面相对平整，放射状、解理形貌大幅减少，同时镍铁合金相的韧窝更加明显，与钨相结合紧密。以上形貌差异表明热处理可有效纯化钨晶界，消除杂质相造成的应力集中，促使钨合金的断裂行为朝更强韧转变。 [0066] 因此，上述适用于间接增材制造钨合金部件的热处理强韧化方法操作简便，强韧化效果显著，周期短，成本较低，可与间接增材制造技术结合用作国防科技工业的高性能钨合金复杂结构部件的成型。 [0067] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈