UA129682C2 - Спосіб адитивного виробництва мартенситностаріючих сталей - Google Patents

Спосіб адитивного виробництва мартенситностаріючих сталей Download PDF

Info

Publication number
UA129682C2
UA129682C2 UAA202202581A UAA202202581A UA129682C2 UA 129682 C2 UA129682 C2 UA 129682C2 UA A202202581 A UAA202202581 A UA A202202581A UA A202202581 A UAA202202581 A UA A202202581A UA 129682 C2 UA129682 C2 UA 129682C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
argon
powder
metal powder
laser
inert gas
Prior art date
Application number
UAA202202581A
Other languages
English (en)
Inventor
Ана Мартінез
Ана Мартинез
Лаура Молі
Лаура Моли
Ріо Фернандез Лаура Дель
Рио Фернандез Лаура Дель
Стінберґе Неле Ван
Стинберге Неле Ван
Лоде Дюпрез
Original Assignee
Арселорміттал
Арселормиттал
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Арселорміттал, Арселормиттал filed Critical Арселорміттал
Publication of UA129682C2 publication Critical patent/UA129682C2/uk

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • B22F10/12—Formation of a green body by photopolymerisation, e.g. stereolithography [SLA] or digital light processing [DLP]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
    • C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2201/00—Treatment under specific atmosphere
    • B22F2201/02—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

Винахід належить до способу адитивного виготовлення деталі з металічного порошку, який має в своєму складі такі елементи, мас. %: 6≤Ni≤14; 5≤Cr≤10; 0,5≤Si≤2,5; 0,5≤Ti≤2; C≤0,04, решту становить Fe і неминучі домішки, що утворюються в результаті обробки, металічний порошок має мікроструктуру в частках площі більше 98 % об'ємноцентрованої кубічної кристалічної фази, причому спосіб включає стадію, під час якої щонайменше частину металічного порошку розплавляють в атмосфері, що містить інертний газ, відмітний від аргону, або комбінації інертних газів, відмітних від аргону.

Description

Цей винахід відноситься до способу виготовлення мартенситно-старіючих сталей і, зокрема, їх адитивного виробництва. Цей винахід відноситься до металічного порошку для виготовлення мартенситно-старіючих сталей.
Множину деталей виготовляють зі смуг мартенситно-старіючої сталі, які містять у масових відсотках близько 18 95 нікелю, 9 95 кобальту, 5 95 молібдену, 0,5 95 титану ії 0,1 95 алюмінію і оброблених для досягнення границі пружності більше 1800 МПа. Ці смуги одержують шляхом гарячої прокатки і холодної прокатки. Смуги або деталі, вирізані зі смуг, потім проходять загартування термообробкою при температурі близько 500 "С. На жаль, форма деталей, одержуваних з допомогою цього процесу, так чи інакше є обмеженою.
Тому, метою цього винаходу є усунення недоліків відомого рівня техніки створенням адитивного способу виробництва мартенситно-старіючих сталей.
Для цього перший об'єкт цього винаходу складається зі способу виготовлення адитивної деталі з металічного порошку, який має склад, який містить такі елементи з масовим вмістом: б 95 «х Мі «х 14 95 595 хх Ст х 10 96 0,5 90 хх Бі х 2,5 96 0,590 хх Ті«х2 90
С х 0,04 95 і необов'язково містить: 0,590 х Си х 2 95 решту становить Ее і неминучі домішки, що виникають в результаті обробки, причому металічний порошок має мікроструктуру, яка включає в частках площі більше 98 95 об'ємно-центрованої кубічної кристалічної фази, де спосіб включає стадію, під час якої, щонайменше, частину металічного порошку розплавляють в атмосфері, яка складається в основному з інертного газу, відмітного від аргону, або із комбінації інертних газів, відмітних від аргону.
Спосіб згідно винаходу, також може мати наведені нижче необов'язкові ознаки, які розглядаються окремо або в комбінації: - інертним газом, відмітним від аргону, є азот, о - атмосфера містить менше 1000 част/млн кисню, - інертний газ, відмітний від аргону, або комбінація інертних газів, відмітних від аргону, знаходяться в герметично закритій камері, - деталь, виготовлена методом адитивного виробництва, виготовляється розплавленням в шарі порошку лазером (І РВЕ), - потужність лазера становить 80-200 Вт, - лінійна щільність енергії (ЕВ) становить 175-550 Н, - об'ємна густина енергії (МЕО) становить 100-510 Дж/мм3.
Інші характеристики і переваги винаходу будуть більш докладно описані в наступному описі.
Винахід буде краще зрозумілим при читанні подальшого опису, який надано виключно з метою пояснення і жодним чином не призначений для обмеження винаходу.
Нікель присутній в композиції винаходу у кількості 6-14 мас. 96 Для одержання повністю мартенситної структури кінцевої деталі потрібно, щонайменше, б мас. 95 нікелю. При вмісті вище 14 мас. 95 є тенденція до утворення залишкового аустеніту, що призводить до зниження міцності.
Вміст хрому становить 5-10 мас. 95 для покращення корозійної стійкості сталі.
Вміст кремнію становить 0,5-2,5 мас. 95 для забезпечення виділення с-фази. При вмісті 5і вище 2,5 мас. 95 є тенденція блокування утворення аустеніту за високої температури і, отже, утворення мартенситу.
Вміст титану становить 0,5-2 мас. 95. Для забезпечення дисперсійного зміцнення необхідно, щонайменше, 0,5 мас. 95 титану. Вміст Ті обмежений 2 мас. 95 з міркувань продуктивності.
Вміст вуглецю підтримується нижче 0,04 мас. 95, щоб уникнути утворення карбідів титану, які сильно знижують ударну в'язкість, пластичність і в'язкість. Переважно вміст С не перевищує 0,015 мас. 95.
Необов'язково додають мідь у кількості 0,5-2 мас. 95. Комбінація Ті з більш ніж 0,5 мас. 95 Си додатково покращує дисперсійне зміцнення. Вважається, що кластери, багаті на мідь, посилюють спільне виділення інших інтерметалідів, зокрема, виділення С-фази.
Решта складається із заліза і неминучих домішок, що виникають в результаті обробки.
Основними домішками є алюміній, арсеній, вісмут, кадмій, кобальт, магній, марганець, азот, фосфор, свинець, сірка, антимоній, олово, кисень, ванадій. Вони не додаються цілеспрямовано. 60 Вони можуть бути присутніми у феросплавах і/(або чистих сировинних елементах. Їх вміст переважно контролюють, щоб уникнути негативної зміни мікроструктури і/або збільшення розміру зерна і крихкості. Тому вміст кожної домішки має бути обмежений 0,05 мас. 95.
Металічний порошок має мікроструктуру, яка включає за площею більше 98 95 об'ємно- центрованої кубічної кристалічної фази. Ця фаза може бути мартенситною і/або феритною. Її можна виміряти за допомоги рентгенофазового аналізу (ХКО) або дифракції зворотного розсіювання електронного променю (ЕВО5Б).
Сферичність порошку є високою. Сферичність «РНТ може бути виміряна за допомогою
Сатвігег і визначається за І5О 9276-6 як 4пА/Р?, де А - виміряна площа, яка покриває проекцією частинки, а Р - виміряний периметр/довжина кола проекції частинки. Значення 1,0 вказує на ідеальну сферу. Середня сферичність порошку становить, щонайменше 0,75. Завдяки такій сферичності металічний порошок є досить сипким. Отже, адитивне виробництво спрощується.
Переважно, щонайменше 80 95 частинок металевого порошку мають розмір в діапазоні 20- 260 мкм.
Розподіл частинок за розмірами, виміряний з допомогою лазерної дифракції відповідно до
ІЗО 13320:2009 або А5ТМ 8822-17, переважно задовольняє таким вимогам (в мкм): 25:010 х 35 80 х 050 х 100 170 х 090 «х 280.
Металічний порошок має відповідну сипкість з коефіцієнтом Хауснера нижче 1,25 і індексом
Карра нижче 21 95. Коефіцієнт Хауснера (густина після ущільнення/об'ємна густина) і індекс
Карра ((густина після ущільнення - об'ємна густина)/щільність після ущільненнях1700 95) одержують із густини після ущільнення, виміряної відповідно до АТМ 8527-15; ІБО 3953:2011.
Порошок може бути одержаний шляхом попереднього змішування і плавлення чистих елементів і/або феросплавів як сировини.
Зазвичай бажані чисті елементи, щоб уникнути надто великої кількості домішок, які надходять з феросплавів, оскільки ці домішки можуть полегшити кристалізацію. Тим не менш, у випадку цього винаходу було помічено, що домішки, які надходять з феросплавів, не ускладнюють одержання мікроструктури. зо Феросплави відносяться до різних сплавів заліза з високою часткою одного або кількох інших елементів, таких як хром, алюміній, марганець, молібден, кремній, титан... Основними сплавами є ЕеАЇ (який зазвичай містить 40-60 мас. 95 АЇ), ГеВ (який зазвичай містить 17,5-20 мас. 95 В), БеСт (який зазвичай містить 50-70 мас. 95 Ст), РеМо, БеМп, РемМо (який зазвичай містить 60-75 мас. 96 Мо), бемМб (який зазвичай містить 60-70 мас. 95 МБ), ЕРеМмі, Бер, ЕРевзі (який зазвичай містить 15-90 мас. 95 зі), Ребімо9, Ееті (який зазвичай містить 45-75 мас. 95 Ті), ем (який зазвичай містить 35-85 мас. 95 М), Беум (який зазвичай містить 70-80 мас. 95 Мо).
Чисті елементи можуть бути зокрема чистими металами, такими як-от залізо, мідь, нікель.
Фахівці в цій галузі техніки знають, як змішувати різні феросплави і чисті елементи для одержання цільового складу.
Переважно суміш містить феросплав РесСтг, феросплав ЕРебі, феросплав Ееті, Си, Мі і Ре.
Після того, як композиція одержана шляхом змішування чистих елементів і/або феросплавів у відповідних пропорціях, композицію нагрівають при температурі, щонайменше, на 210 "С вище температури її ліквідусу. Завдяки цьому перегріванню вдається уникнути затвердівання розплаву в тиглі. Крім того, зниження в'язкості розплавленої композиції сприяє одержанню порошку з високою сферичністю без супутніх елементів, з відповідним гранулометричним складом і специфічною структурою. Тим не менш, оскільки поверхневий натяг збільшується з температурою, переважно не нагрівати композицію до температури більш ніж на 350 "С вище температури її ліквідусу.
Переважно, композицію нагрівають при температурі на 215-250 "С вище температури її ліквідусу.
В одному варіанті винаходу композицію нагрівають до температури 1640-1720 "С, що являє собою хороший компроміс між зниженням в'язкості і збільшенням поверхневого натягу.
Потім розплавлену композицію розпорошують на дрібні краплі металу шляхом нагнітання потоку розплавленого металу через отвір сопла при помірному тиску і обдуваючи його струменями газу (розпилення газом) або води (розпилення водою). У разі розпилення газом газ вводять в металічний потік безпосередньо перед виходом із сопла, яке служить для створення турбулентності, оскільки захоплений газ розширюється (через нагрівання) і виходить у великий об'єм розпилювальної колони. Остання заповнюється газом для подальшого завихрення струменя розплавленого металу. Краплі металу охолоджуються при падінні в розпилювальній бо колоні. Газове розпилення є переважним, оскільки воно сприяє одержанню частинок порошку,
які мають високий ступінь округлості і невелику кількість супутніх речовин.
Газом розпилення є аргон або азот. Обидва ці гази збільшують в'язкість розплаву повільніше, ніж інші гази, наприклад, гелій, що сприяє утворенню частинок менших розмірів.
Вони також контролюють чистоту хімічного складу, дозволяючи уникати небажаних домішок, і відіграють ключову роль в хорошій морфології порошку. З аргоном можна одержати дрібніші частинки, ніж з азотом, оскільки молярна маса азоту становить 14,01 г/моль порівняно з 39,95 г/моль для аргону. З іншого боку, питома теплоємність азоту становить 1,04 Дж/(г'К) порівняно з 0,52 Дж/(гК) для аргону. Тому, азот підвищує швидкість охолодження частинок. В цьому випадку переважним є азот, оскільки він може покращити утворення нано-виділень ТіМ за рахунок поглинання азоту порошком.
Тиск газу має велике значення, оскільки він безпосередньо впливає на розподіл частинок за розмірами і мікроструктуру металевого порошку. Зокрема, що вищий тиск, то вища швидкість охолодження. Отже, тиск газу встановлюють у межах 15-30 бар, щоб оптимізувати розподіл частинок за розмірами і сприяти формуванню мікроструктури. Переважно тиск газу встановлюють в межах 18-22 бар, щоб сприяти утворенню частинок, розмір яких найбільш сумісний з технологіями адитивного виробництва.
Діаметр сопла безпосередньо впливає на швидкість потоку розплавленого металу і, отже, на розподіл частинок за розмірами і на швидкість охолодження. Максимальний діаметр сопла обмежений 4 мм, щоб обмежити збільшення середнього розміру частинок і зниження швидкості охолодження. Діаметр сопла переважно становить 2,5-3,5 мм, щоб більш точно контролювати розподіл частинок за розмірами і сприяти формуванню певної мікроструктури.
Згідно з одним варіантом винаходу у разі поглинання вологи металевий порошок, одержаний розпиленням, висушують для подальшого покращення його сипкості. Сушіння переважно проводять при температурі 50-100 "С у вакуумній камері протягом однієї години.
Металевий порошок, одержаний розпиленням, можна використовувати як такий або просіяти, щоб зберегти частинки, розмір яких більш відповідає технології адитивного виробництва для подальшого використання. Наприклад, у разі адитивного виробництва методом розплавлення в шарі порошку лазером переважним є діапазон 20-63 мкм. У разі адитивного виробництва методом лазерного осадження металу або прямого осадження металу о) переважним є діапазон 45-150 мкм.
Деталі, виготовлені з металічного порошку згідно з винаходом, можуть бути одержані методами адитивного виробництва, такими як-от розплавлення в шарі порошку лазером (І РВЕ), пряме лазерне спікання металу (ОМІ 5), електронно-променеве плавлення (ЕВМ), селективне термічне спікання (5Н5), селективне лазерне спікання (51 5), лазерне осадження металу (І МО), пряме осадження металу (МО), пряме лазерне плавлення металу (ОМІ М), прямий друк металом (ОМР), лазерне плакування (ІС), струменеве нанесення, розпилення матеріалу, розпилення зв'язувальної речовини, моделювання методом наплавлення (ЕОМ).
Несподівано було виявлено, що деталі, одержані з допомогою адитивного виробництва, мають відносну густину, яка сильно варіюється в залежності від інертного газу (газів), які використовується в процесі виробництва. Під інертним газом мають на увазі, зокрема, азот, гелій, неон, аргон, криптон, ксенон і радон, враховуючи, що інертний газ або комбінація інертних газів може містити до 1000 част/млн О2 як залишкову домішку наприкінці стадії інертизації.
Зокрема, як тільки Аг використовується як інертний газ або додається до складу суміші інертних газів, відносна густина виготовлюваних деталей знижується. Зокрема, заміна Мо на Аг сильно впливає на відносну густину при інших однакових параметрах процесу.
Переважно, весь металічний порошок, який розплавляється в процесі виробництва, розплавляють в атмосфері, яка складається в основному з інертного газу, відмітного від аргону, або з комбінації інертних газів, відмітних від аргону. Іншими словами, всі стадії, під час яких розплавляється, щонайменше, частина металічного порошку, виконують в атмосфері, яка складається в основному з інертного газу, відмітного від аргону, або з комбінації інертних газів, відмітних від аргону.
Залежно від використовуваної технології інертний газ може знаходитися в герметичній камері, яка використовується в процесі виробництва, якщо така є, або він може оточувати ванну розплаву.
Цей несподіваний результат особливо спостерігався під час виготовлення деталей методом розплавлення шару порошку лазером (І РВЕ).
І РВЕ є технологією пошарового адитивного виробництва. Тонкі шари металічного порошку рівномірно розподіляються з допомогою механізму нанесення покриття на платформу підкладки, зазвичай металічну, яка кріпиться до ділильного поворотного столу, який 60 переміщається вздовж вертикальною осі (7). Це відбувається всередині камери із жорстко контрольованою атмосферою. Після розподілу кожного шару кожен 20 зріз геометрії деталі сплавляється шляхом вибіркового плавлення порошку. Це досягається з допомогою потужного лазерного променю, зазвичай ітербієвого волоконного лазера. Енергія лазера досить інтенсивна, щоб забезпечити повне плавлення (зварювання) частинок у вигляді доріжки або смуги. По суті після того, як доріжка готова, процес повторюється з наступною доріжкою, яка відокремлена від першої на відстань штрихування (п). Процес повторюється шар за шаром, поки деталь не буде готова. Нависаюча геометрія підтримується нерозплавленим порошком з попередніх шарів. Схематично основними параметрами використовуваного процесу в І РВЕ, є товщина шару, відстань між штрихуваннями, швидкість сканування і потужність лазера. Після завершення процесу порошок, що залишився, просівається для повторного використання.
Процес виготовлення адитивної деталі методом розплавлення порошку в шарі лазером (РВЕ) включає першу стадію формування шару порошку з порошку згідно винаходу.
Переважно, шар порошку становить менше 40 мкм. Більше 40 мкм лазер може не розплавити порошок по всій товщині шару, що може призвести до пористості деталі. Товщину шару переважно підтримують в межах 10-30 мкм для оптимізації плавлення порошку.
На другій стадії сфокусований лазерний промінь формує формувальний шар шляхом плавлення, щонайменше, частини порошкового шару в умовах процесу, докладно описаного нижче.
У разі ГРВЕ кожен шар друкованої деталі, щонайменше, частково розплавляється в атмосфері, яка в основному складається з інертного газу, відмітного від аргону, або з комбінації інертних газів, відмітних від аргону. Іншими словами, процес включає стадію, під час якої сфокусований лазерний промінь формує послідовні сформовані шари шляхом плавлення, щонайменше, частини металічного порошку в атмосфері, яка складається в основному з інертного газу, відмітного від аргону, або з комбінації інертних газів, відмітних від аргону.
Потужність лазера переважно обмежується максимум 200 Вт. Переважно, потужність лазера встановлюють вище 80 Вт, щоб полегшити плавлення по всій товщині шару. Переважно, лазерна пляма має ширину близько 55 мкм.
Швидкість сканування переважно становить 300-1000 мм/с. Нижче 300 мм/с надлишкова енергія, створювана лазером, може призвести до появи бризок, які, якщо не вивести належним чином за межі шару порошку, осядуть на шарі порошку, створивши порожнечі в друкованій деталі. При швидкості вище 1000 мм/с енергія, яка подається лазером на порошок, може бути недостатньою для розплавлення порошку по всій товщині шару. Більш переважно швидкість сканування становить 0,4-0,9 м/с, що додатково покращує якість друкованих деталей.
Лінійна щільність енергії «(ЕО) переважно становить 160-890 Н. ЇЕО визначається як відношення потужності лазера до швидкості сканування, виражене в м/с. Нижче 160 НЕ може бути недостатньою для відповідного друку деталей (через зазори). Понад 890 Н надлишкова енергія, створювана лазером, може призвести до утворення бризок, які, якщо їх не вивести за межі шару порошку належним чином, осядуть на шарі порошку. Такі відкладення створюють порожнечі в друкованій частині ГЕО переважно становить 180-550, а більш переважно 200-425, щоб ще більше обмежити виникнення зазорів, грудок і бризок.
Швидкість потоку подаваного в камеру інертного газу переважно перевищує 2 м/с, тому можливі бризки, які виникають при плавленні порошку, ефективно видаляються з порошкового шару. Таким чином запобігається пористість друкованої деталі. Більш переважно швидкість потоку газу становить 2-3,5 м/с.
Відстань між штрихами переважно становить 30-100 мкм. Нижче 30 мкм кожна точка друкованої деталі може багаторазово переплавлятися, що може призвести до перегрівання.
Нерозплавлений порошок розміром понад 100 мкм може потрапити між двома доріжками. Більш переважно відстань між штрихами становить від 70-100 мкм.
Об'ємна густина енергії (МЕЮ) переважно становить 100-510 Дж/мм?, а більш переважно 120-400 Дж/мм3. МЕО визначається як Р/м:п:Ю, де Р - потужність лазера, м - швидкість сканування, Пп - крок штрихування, Ії - товщина порошкового шару. Така МЕО додатково сприяє уникнути порожнеч в друкованій частині. Це також допомагає уникнути перегріванню, яке може призвести до гарячого розтріскування.
Приклади
Наступні приклади і тести, подані нижче, не мають обмежувального характеру і повинні розглядатися лише з ілюстративною метою. Вони ілюструють переваги цього винаходу, значення параметрів, вибраних авторами після багатьох експериментів, і додатково визначають властивості, які можуть бути досягнуті з допомогою способу згідно винаходу.
Порошок Мо1: бо Чисті елементи змішують так, щоб одержати композицію, яка містить 1,15 мас. 95 95і, 0,56
А мас. 95 Ті, 0,97 мас. 95 Си, 7,55 мас. 95 Ст, 7,07 мас. 95 Мі, 0,013 мас. 95 С, решту становить Бе і неминучі домішки, що виникають під час обробки. Композицію нагрівають при температурі на 215"С вище за температуру її ліквідусу (тобто 1685 С) і потім розпорошують газовим розпорошенням в азоті при 20 бар з діаметром сопла З мм.
Одержаний металічний порошок мав сферичність 0,79 і такий розподіл часток за розмірами, що 010-27,3 мкм, 050-70,4 мкм і 090-179,7 мкм. Металічний порошок мав відповідну сипкість з коефіцієнтом Хауснера 1,129 і індексом Карра 11,012 95.
Порошок Мо 2:
Феросплави і чисті елементи змішують так, щоб одержати композицію, яка містить 0,97 мас. 95 зі, 0,85 мас. 95 Ті, 1,00 мас. 95 Си, 7,73 мас. 95 Ст, 7,15 мас. 95 Мі, 0,038 мас. 95 С, решта
Бе ії неминучі домішки, що виникають в результаті обробки. Композицію нагрівають при температурі на 215 "С вище за температуру її ліквідусу (тобто 1683 "С) і потім розпорошують газовим розпорошенням М?» при 20 бар з діаметром сопла З мм.
Одержаний металічний порошок мав сферичність 0,82 і такий розподіл часток за розмірами, що 010-32,4 мкм, 050-92,7 мкм і 090-250,8 мкм. Металічний порошок мав відповідну сипкість з коефіцієнтом Хауснера 1,098 і індексом Карра 9,856 95.
Порошок Мо 3:
Феросплави і чисті елементи змішують так, щоб одержати композицію, яка містить 0,95 мас. 95 зі, 0,77 мас. 905 Ті, 1,06 мас. 95 Си, 7,97 мас. 95 Ст, 7,11 мас. 95 Мі, 0,026 мас. 95 С, решта
Бе ії неминучі домішки, що виникають в результаті обробки. Композицію нагрівають при температурі на 236 "С вище за температуру її ліквідусу (тобто 1698 "С) і потім розпорошують газовим розпорошенням М?» при 20 бар з діаметром сопла З мм.
Одержаний металічний порошок мав сферичність 0,77 і такий розподіл часток за розмірами, що 010-30,8 мкм, 050-89,8 мкм і 090-246,2 мкм. Металічний порошок мав відповідну сипкість з коефіцієнтом Хауснера 1,109 і індексом Карра 11,12 95.
Фракції Е2 (тобто частинки розміром 20-63 мкм) порошків Мо 1-3 потім використовують для виготовлення деталей методом І РВЕ в умовах процесу, докладно описаних в таблиці 1, ї з товщиною шару 20 мкм.
Відносну густину друкованих деталей вимірюють спочатку шляхом вимірювання абсолютної о) густини методом Архімеда відповідно до І5О 3369:2006, а потім шляхом розрахунку відношення абсолютної густини і теоретичною густиною матеріалу (можливо, одержаної для деталі, відлитої з того самого складу, що друковані деталі).
Як видно з одержаних значень відносної густини, деталі, виготовлені в середовищі М», мають дуже високу відносну густину незалежно від умов процесу. Як тільки Аг використовується як інертний газ, відносна густина деталей сильно знижується.
Таблиця 1
Мо Мо газ (Вт) (мм) (Н) | (мм) | (Дж/мм3) 11771 1 м | 170 | 800 |2131 009 18 | 995695 2 | 1 | М | 200 | 700 |2860 009 159 | 99569 7 | 2 | м | 175 | 900 |194/ 008 122 | 99909 8 | 2 | Аг | 175 | 900 |194/ 008 122 | 978695 ло | 2 | М | 185 | 600 |з308 008 193 | 9939956 2 | з | м | 175 | 200 |8751009 505 | 99199 22 | 3 | Аг | 175 | 200 |8751009 1 505 | 98825 23 | з | М | 200 | 900 |2221 006 179 | 991996 24 | з | Аг | 200 | 900 |222|1006| 179 | 98735 " відповідні винаходу

Claims (8)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб адитивного виготовлення деталі з металічного порошку, який має склад, який містить такі елементи, мас. 90: бе Мі«14, 510, 0,5«5іх2,5, 0,5«Тіх2, Се:0,04, решту становлять Ее і неминучі домішки, що виникають в результаті обробки, причому металічний порошок має мікроструктуру, яка включає в частках площі більше 98 905 об'ємноцентрованої кубічної кристалічної фази, причому спосіб включає стадію, під час якої щонайменше частину металічного порошку розплавляють в атмосфері, яка містить інертний газ, відмітний від аргону, або комбінації інертних газів, відмітних від аргону.
2. Спосіб за п. 1, за яким інертний газ, відмітний від аргону, є азотом.
3. Спосіб за п. 1 або 2, за яким атмосфера містить менше 1000 част./млн кисню.
4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, за яким інертний газ, відмітний від аргону, або комбінація інертних газів, відмітних від аргону, знаходиться в закритій герметично камері.
5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, за яким деталь одержують адитивним способом, шляхом розплавлення шару порошку лазером (І РВЕ).
6. Спосіб за п. 5, в якому потужність лазера становить 80-200 Вт.
7. Спосіб за п. 5 або 6, за яким лінійна щільність енергії (ЕО) становить 175-550 Н.
8. Спосіб за будь-яким з пп. 5-7, за яким об'ємна густина енергії (МЕЮ) становить 100-510 Дж/мм3.
UAA202202581A 2019-12-20 2019-12-20 Спосіб адитивного виробництва мартенситностаріючих сталей UA129682C2 (uk)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2019/061158 WO2021123894A1 (en) 2019-12-20 2019-12-20 Process for the additive manufacturing of maraging steels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA129682C2 true UA129682C2 (uk) 2025-07-02

Family

ID=69182552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA202202581A UA129682C2 (uk) 2019-12-20 2019-12-20 Спосіб адитивного виробництва мартенситностаріючих сталей

Country Status (10)

Country Link
US (1) US12515254B2 (uk)
EP (1) EP4076792A1 (uk)
JP (1) JP7437505B2 (uk)
KR (1) KR102920143B1 (uk)
CN (1) CN114829655A (uk)
CA (1) CA3163395A1 (uk)
MX (1) MX2022007592A (uk)
UA (1) UA129682C2 (uk)
WO (1) WO2021123894A1 (uk)
ZA (1) ZA202205723B (uk)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021123884A1 (en) 2019-12-19 2021-06-24 Arcelormittal Metal powder for additive manufacturing
UA129682C2 (uk) 2019-12-20 2025-07-02 Арселорміттал Спосіб адитивного виробництва мартенситностаріючих сталей
JP7324803B2 (ja) 2020-09-11 2023-08-10 クエステック イノベーションズ リミテッド ライアビリティ カンパニー 付加製造用ステンレス鋼粉末
GB202019374D0 (en) * 2020-12-09 2021-01-20 Renishaw Plc Manufacturing method
EP4174206A1 (en) * 2021-11-01 2023-05-03 QuesTek Innovations LLC Stainless steel powders for additive manufacturing
JP7797849B2 (ja) * 2021-12-06 2026-01-14 大同特殊鋼株式会社 積層造形用粉末材料および積層造形用粉末材料の製造方法
WO2023144592A1 (en) * 2022-01-31 2023-08-03 Arcelormittal Ferrous alloy powder for additive manufacturing
WO2024084272A1 (en) * 2022-10-19 2024-04-25 Arcelormittal Metal powder for additive manufacturing
WO2024084274A1 (en) * 2022-10-19 2024-04-25 Arcelormittal Metal powder for additive manufacturing
WO2024084273A1 (en) * 2022-10-19 2024-04-25 Arcelormittal Metal powder for additive manufacturing
CN115595462B (zh) * 2022-11-07 2023-11-21 西安建筑科技大学 一种增材制造高致密度Fe-Mn-Al-C轻质高强钢的方法
DE102023135362A1 (de) * 2023-12-15 2025-06-18 Ervin Germany GmbH Metallpulver für die Laserauftragsschweißung und/oder zum selektiven Laserschmelzen und Verfahren zu dessen Herstellung

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07331379A (ja) 1994-06-13 1995-12-19 Daido Steel Co Ltd 高密度ステンレス鋼焼結品の製造方法
JP3477108B2 (ja) * 1998-05-08 2003-12-10 新日本製鐵株式会社 耐食性に優れたディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼
US6238455B1 (en) * 1999-10-22 2001-05-29 Crs Holdings, Inc. High-strength, titanium-bearing, powder metallurgy stainless steel article with enhanced machinability
JP3745574B2 (ja) 2000-02-24 2006-02-15 株式会社豊田中央研究所 回転軸部材および回転装置
SE0102102D0 (sv) 2001-06-13 2001-06-13 Hoeganaes Ab High density stainless steel products and method for the preparation thereof
CN1226440C (zh) * 2002-11-15 2005-11-09 张体宝 改进抗菌性能的奥氏体不锈钢及其制法
US7513960B2 (en) 2005-03-10 2009-04-07 Hitachi Metals, Ltd. Stainless steel having a high hardness and excellent mirror-finished surface property, and method of producing the same
US9067260B2 (en) 2006-09-06 2015-06-30 Arcelormittal France Steel plate for producing light structures and method for producing said plate
JP6132523B2 (ja) * 2012-11-29 2017-05-24 キヤノン株式会社 金属光造形用の金属粉末、三次元造形物の製造方法および成形品の製造方法
JP6270563B2 (ja) * 2014-03-14 2018-01-31 山陽特殊製鋼株式会社 焼結−時効処理後に高強度が得られる析出硬化型ステンレス鋼粉末およびその製造方法並びにその成形体
SG11201702840YA (en) * 2014-12-17 2017-07-28 Uddeholms Ab A wear resistant alloy
CN109070212B (zh) * 2016-05-19 2021-06-29 株式会社沙迪克 金属3d打印机
JP6376179B2 (ja) * 2016-07-06 2018-08-22 セイコーエプソン株式会社 粉末冶金用金属粉末、コンパウンド、造粒粉末および焼結体
US20210381087A1 (en) 2016-08-04 2021-12-09 Rovalma, S.A. Method for the construction of dies or moulds
US11685982B2 (en) 2016-10-17 2023-06-27 Tenneco Inc. Free graphite containing powders
JP2018197372A (ja) 2017-05-24 2018-12-13 株式会社エイチ・ティー・エル Ｓｕｓ３１６ｌの電子ビーム積層造形方法
DE112018003020T5 (de) 2017-06-15 2020-03-12 Sumitomo Electric Sintered Alloy, Ltd. Verfahren zur herstellung eines formkörpers und formkörper
JP6692339B2 (ja) * 2017-10-13 2020-05-13 株式会社ソディック 金属粉末積層造形用の金属粉末材料
DE102017131218A1 (de) 2017-12-22 2019-06-27 Voestalpine Böhler Edelstahl Gmbh & Co Kg Verfahren zum Herstellen eines Gegenstands aus einem Maraging-Stahl
JP6985940B2 (ja) * 2018-01-09 2021-12-22 山陽特殊製鋼株式会社 造形用のステンレス鋼粉末
EP3533539A1 (en) 2018-02-28 2019-09-04 Siemens Aktiengesellschaft Improvements relating to the manufacture of metal alloy components
JP6680309B2 (ja) 2018-05-21 2020-04-15 Tdk株式会社 軟磁性粉末、圧粉体および磁性部品
CN108517473B (zh) * 2018-06-29 2019-12-24 钢铁研究总院 基于slm工艺用高强度不锈钢粉末及其制备方法
DE102018127918A1 (de) * 2018-11-08 2020-05-14 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Herstellen eines Teils aus einer weichmagnetischen Legierung
JP6611151B1 (ja) * 2019-06-28 2019-11-27 株式会社ソディック 積層造形装置
CN110629131A (zh) * 2019-09-26 2019-12-31 上海镭镆科技有限公司 一种3d打印不锈钢材料及制备方法和应用
WO2021123884A1 (en) 2019-12-19 2021-06-24 Arcelormittal Metal powder for additive manufacturing
WO2021123896A1 (en) 2019-12-20 2021-06-24 Arcelormittal Metal powder for additive manufacturing
WO2021123895A1 (en) 2019-12-20 2021-06-24 Arcelormittal Metal powder for additive manufacturing
UA129682C2 (uk) 2019-12-20 2025-07-02 Арселорміттал Спосіб адитивного виробництва мартенситностаріючих сталей

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220093221A (ko) 2022-07-05
CA3163395A1 (en) 2021-06-24
BR112022010218A2 (pt) 2022-09-06
US20230104535A1 (en) 2023-04-06
CN114829655A (zh) 2022-07-29
JP2023506959A (ja) 2023-02-20
EP4076792A1 (en) 2022-10-26
US12515254B2 (en) 2026-01-06
KR102920143B1 (ko) 2026-01-29
MX2022007592A (es) 2022-07-19
WO2021123894A1 (en) 2021-06-24
JP7437505B2 (ja) 2024-02-22
ZA202205723B (en) 2023-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7437505B2 (ja) マルエージング鋼の付加製造のための方法
CN114786846B (zh) 增材制造用金属粉末
KR20200096657A (ko) 적층 조형을 위한 알루미늄 함유 합금의 용도
CN119998064A (zh) 增材制造用金属粉末
KR20250053101A (ko) 적층 제조를 위한 금속 분말
CN120112376A (zh) 增材制造用金属粉末
RU2797198C1 (ru) Способ аддитивного производства мартенситно-стареющих сталей
RU2860620C2 (ru) Металлический порошок для аддитивного производства
KR20250093357A (ko) 적층 제조를 위한 금속 분말
WO2026068981A1 (en) High nickel powder for additive manufacturing, printed part and method of manufacturing the same
WO2026068982A1 (en) Medium nickel powder for additive manufacturing, printed part and method of manufacturing the same
CN120693222A (zh) 增材制造用中锰粉末、打印部件及其制造方法
BR112022010218B1 (pt) Processo para fabricar uma peça fabricada de forma aditiva a partir de um pó de metal
KR20240128924A (ko) 적층 제조를 위한 철 합금 분말