CN109128574B - 电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于增材制造技术领域。公开了一种电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材的方法。其中，方法包括如下步骤：根据基体材料配制芯粉材料，所述的基体材料为金属材质；将所述的芯粉材料铺在所属的基体材料上得到待烧结件；将所述的待烧结件进行液相烧结得到烧结件；将所述的烧结件经轧制、卷丝和拉丝得到所述的电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材。本发明方法制备的丝材粉体分布均匀，稳定性好。
Description
技术领域
本发明增材制造技术领域，具体涉及一种电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材的方法。
背景技术
近年来，电弧熔敷增材制造(Wire and Arc Additive Manufacture,WAAM)技术受到越来越多的关注，该技术以电弧为载能束，采用逐层堆焊的方式制造金属实体构件，该技术主要基于TIG、MIG、SAW等焊接技术发展而来，成形零件由全焊缝构成，化学成分均匀、致密度高，冶金结合性能好、力学性能好。开放的成形环境对成形件尺寸无限制，成形速率可达几kg/h。金属丝材是以电弧为热源的增材制造过程中的重要原料。与金属粉末相比，金属丝材具有制备成本低、储存运输方便等优点，在现场修复中具有更好的应用前景。但适用于电弧增材制造的不锈钢和钢等材料的丝材，在其制造与应用上仍存在一定的技术瓶颈。
一般电弧熔敷增材制造所使用的金属丝材为粉芯丝材(Cored wire),也称管状丝,由金属外皮和粉芯两部分构成。金属外皮不仅可以选用低碳钢带，也可选用其它适宜轧拔的带材，如Ni、Al、Zn、Cu、不锈钢带等。粉芯部分可根据设计需要选择各种不同粉末按比例混合后作为填充物。与实心丝材和粉末相比,电弧熔敷粉芯丝材能方便地根据涂层成分要求来调节线材成分,同时加工方便、成本低、使用设备简单、操作方便,具有巨大的发展潜力。这种丝材的制作类似于焊接所用的药芯丝材，在制作过程中,先将适于轧制的金属带轧制成槽形,然后将混合均匀的合金粉或其它粉体送入金属带槽内,经轧辊使金属带闭合,轧制成圆形,再经拔丝模逐渐减径至所需最终尺寸。
但是，这种粉芯丝材的制备过程中，粉处于松装状态，难于装填，粉体浪费严重，装填后粉体分布不均匀，效率低，同时在使用过程中外层金属和粉体的消耗速度不一致，导致生产过程的不连续，严重影响增材制造过程中的控形与控性。
发明内容
本发明实施例提供了一种电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材及制备方法，本发明的电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材制备方法制备的丝材粉体分布均匀，稳定性好。
本发明实施例的目的是通过如下方案实现的：
本发明第一方面的实施例提供了一种电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材的方法，包括如下步骤：
根据基体材料配制粉芯材料，将Fe粉、Ni粉、Cu粉、Co粉、Cr粉以相等摩尔分数混合放入高能球磨机中转速150r/min球磨2h后，获得合金粉末，所述的基体材料为金属材质；
将所述的粉芯材料铺在所述的基体材料上得到待烧结件；
将所述的待烧结件进行液相烧结得到烧结件；
将所述的烧结件经轧制、卷丝和拉丝得到所述的电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材。
进一步的，基体材料为中低碳钢带，低碳钢中碳的质量百分含量为0.1-0.3％。
进一步的，所述的液相烧结的烧结温度在500-900℃。
进一步的，所述的粉芯材料中碳的质量百分含量为1-2％。
进一步的，所述的粉芯材料中氧化物或陶瓷颗粒的质量百分含量为1-3％。
进一步的，所述的轧制采用如下参数：轧制温度为600-800℃，变形量为10-30％，每次轧制压下量不超过5％。
进一步的，所述的拉丝为拉至丝材直径为1-5mm。
本发明第二方面的实施例提供了一种电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材，所述的电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材由上述的制备方法制备而得。
借由上述方案，本发明实施例至少具备以下有益效果：
本发明提出采用粉末冶金的方法，使制备的丝材具有均匀的粉体分布，效率更高，稳定性更好。开发的丝材满足金属电弧熔敷增材制造的需要。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员对本发明方案的理解，下面结合具体实施例对本发明方案进行进一步阐述，应当理解，本发明实施例是对本发明方案的解释说明，不作为对本发明保护范围的限定。
一种电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材的方法，包括如下步骤：
根据基体材料配制粉芯材料，将Fe粉、Ni粉、Cu粉、Co粉、Cr粉以相等摩尔分数混合放入高能球磨机中转速150r/min球磨2h后，获得合金粉末，所述的基体材料为金属材质；
将所述的粉芯材料铺在所述的基体材料上得到待烧结件；
将所述的待烧结件进行液相烧结得到烧结件；
将所述的烧结件经轧制、卷丝和拉丝得到所述的电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材。
进一步的，基体材料为中低碳钢带，低碳钢中碳的质量百分含量为0.1-0.3％。
进一步的，所述的液相烧结的烧结温度在500-900℃。
进一步的，所述的粉芯材料中碳的质量百分含量为1-2％。
进一步的，所述的粉芯材料中也氧化物或陶瓷颗粒的质量百分含量为1-3％。
进一步的，所述的轧制采用如下参数：轧制温度为600-800℃，变形量为10-30％，每次轧制压下量不超过5％。
进一步的，所述的拉丝为拉至丝材直径为1-5mm。
本发明第二方面的实施例提供了一种电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材，所述的电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材由上述的制备方法制备而得。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明。采用含Fe、Ni、Cu等复合粉末做为粉芯，实施例1-3分别以15钢、20钢、30钢等低中碳钢带做为外皮制成粉芯丝材。
实施例1
步骤一、将1mm低碳钢带15钢钢板切成不同宽度的钢带备用；
步骤二、粉芯制备：根据不同需要选用不同成分的合金粉末，添加铜粉作为合金材料的粘结剂，添加不同的碳粉调整钢的成分，将不同配比的粉末材料均匀混合得到混合料。如将Fe粉、Ni粉、Cu粉、Co粉、Cr粉以相等摩尔分数混合放入高能球磨机中转速150r/min球磨2h后，获得成分均匀的合金粉末；
步骤三、将合金粉末均匀铺敷在基体钢带上；
步骤四、将铺好合金粉末的钢带通过履带式烧结炉进行预烧结；
步骤五、将铺预烧结后的带材进行轧制；
步骤六、将烧结后的钢带经过卷板机卷成圆形；
步骤七、通过拉拔工艺将圆形棒材拉成不同尺寸的电弧熔敷丝材。
本发明提出采用粉末冶金的方法，使制备的丝材具有均匀的粉体分布，效率更高，稳定性更好。开发的丝材满足金属电弧熔敷增材制造的需要。
实施例2
步骤一、将1mm低碳钢带20钢钢板切成不同宽度的钢带备用；
步骤二、粉芯制备：根据不同需要选用不同成分的合金粉末，添加铜粉作为合金材料的粘结剂，添加不同的碳粉调整钢的成分，将不同配比的粉末材料均匀混合得到混合料。如将Fe粉、Ni粉、Cu粉、Co粉、Cr粉以相等摩尔分数混合放入高能球磨机中转速150r/min球磨2h后，获得成分均匀的合金粉末；
步骤三、将合金粉末均匀铺敷在基体钢带上；
步骤四、将铺好合金粉末的钢带通过履带式烧结炉进行预烧结；
步骤五、将铺预烧结后的带材进行轧制；
步骤六、将烧结后的钢带经过卷板机卷成圆形；
步骤七、通过拉拔工艺将圆形棒材拉成不同尺寸的电弧熔敷丝材。
本发明提出采用粉末冶金的方法，使制备的丝材具有均匀的粉体分布，效率更高，稳定性更好。开发的丝材满足金属电弧熔敷增材制造的需要。
实施例3
步骤一、将1mm中碳钢带30钢钢板切成不同宽度的钢带备用；
步骤二、粉芯制备：根据不同需要选用不同成分的合金粉末，添加铜粉作为合金材料的粘结剂，添加不同的碳粉调整钢的成分，将不同配比的粉末材料均匀混合得到混合料。如将Fe粉、Ni粉、Cu粉、Co粉、Cr粉以相等摩尔分数混合放入高能球磨机中转速150r/min球磨2h后，获得成分均匀的合金粉末；
步骤三、将合金粉末均匀铺敷在基体钢带上；
步骤四、将铺好合金粉末的钢带通过履带式烧结炉进行预烧结；
步骤五、将铺预烧结后的带材进行轧制；
步骤六、将烧结后的钢带经过卷板机卷成圆形；
步骤七、通过拉拔工艺将圆形棒材拉成不同尺寸的电弧熔敷丝材。
本发明提出采用粉末冶金的方法，使制备的丝材具有均匀的粉体分布，效率更高，稳定性更好。开发的丝材满足金属电弧熔敷增材制造的需要。
对上述实施例1-3的电弧熔敷用的粉芯丝材进行电弧熔敷堆积，堆积成30×30×30mm的正方体，焊机电流设置为145A，电压设置为14V，堆积速度设置为40cm/min。性能测试结果见表1。
表1
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (7)
1.一种电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材的方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据基体材料配制粉芯材料，将Fe粉、Ni粉、Cu粉、Co粉、Cr粉以相等摩尔分数混合放入高能球磨机中转速150r/min球磨2h后，获得合金粉末，所述的基体材料为中低碳钢带；
将所述的粉芯材料铺在所述的基体材料上得到待烧结件；
将所述的待烧结件进行液相烧结得到烧结件；
将所述的烧结件经轧制、卷丝和拉丝得到所述的电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的液相烧结的烧结温度在500-900℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粉芯材料中碳的质量百分含量为1-2%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粉芯材料中氧化物或陶瓷颗粒的质量百分含量为1-3%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的轧制采用如下参数：轧制温度为600-800℃，变形量为10-30%，每次轧制压下量不超过5%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的拉丝为拉至丝材直径为1-5mm。
7.一种电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材，其特征在于，所述的电弧熔敷增材制造用钢粉芯丝材由权利要求1-6任一项所述的方法制备而得。
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