一种网格金属复合结构及其增材方法与流程

1.本发明属于增材制造领域，具体涉及一种网格金属复合结构及其增材方法。


背景技术：

2.增材制造技术基于离散-堆积原理，通过既定热源对金属材料的逐层熔化，沉积生长，直接由三维模型近净成形高性能结构件，是未来结构件先进制造发展的重要方向。激光熔化沉积，较电弧增材相比，成形精度高，成型件表面质量较好，并且成型速度快，可以成型大型构件。
3.奥氏体不锈钢中含cr约18％、ni 8％～10％、c约0.1％时，具有稳定的奥氏体组织，无磁性而且具有良好的塑性和韧性，是“软材料”的理想对象。一般认为屈服强度超过1350mpa的钢为高合金超高强钢，超高强高硬钢的主要特点是具有很高的强度和足够的韧性，同时具备较高的硬度，综合性能优良，是“硬材料”的理想对象。
4.公开号为cn202011080288.x的发明专利公开了一种异质网格结构层状复合材料及其双丝电弧增材制造方法，这种材料由数个相同形状、相等体积、沿横
5.向和纵向均交替排列的硬质材料子单元和软质材料子单元组成，选用电弧双送丝方法增材该结构，硬质子单元和软质材料子单元交接处成型较差，精度较低，甚至会成为该结构性能的薄弱点，较难达到该结构预期的性能。且软质材料和硬质材料交替排列，当该结构某一硬质单元承受较大变形时，只有该结构旁边几个软质单元来进行缓冲，并不具备较高的整体综合性能。同时，由于硬质材料和软质材料的比例为1：1，软质材料比例过大，会极大损失硬质材料本身的性质。
6.金属基复合结构材料是利用复合技术将两种或多种物理、化学与机械性能不同的金属之间实现牢固冶金结合而得到的新型材料，金属基复合结构综合了各组员的优点，其协同增强的特殊效应使其具有单一组员无法比拟的优异综合性能。奥氏体不锈钢具备良好的塑韧性，超高强高硬钢具备优异的强韧性，超高强高硬钢网格金属结构将会通过增加裂纹偏转降低高强低韧组员因韧性差而发生突发性断裂的致命弱点，减小材料的原始裂纹缺陷对力学性能的影响，减弱缺陷敏感性，使材料集“强、韧、硬、塑”于一身，将极大的提高复合材料的综合性能。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种网格金属复合结构及其增材工艺方法，克服了现有的网格结构增材成型工艺问题，并且具有相当的精度和成型质量以及良好的综合性能。
8.实现本发明目的的技术解决方案为：一种网格金属复合结构的增材方法，将复合结构分为网格线状边界和分布在网格线之间的网格矩形主体，包括如下步骤：
9.步骤一：将奥氏体不锈钢粉末装入送粉装置一，将超高强高硬钢粉末装入送粉装置二；
10.步骤二：打开送粉装置一，关闭送粉装置二，增材网格线状边界，先进行网格x轴方
向道的增材，再进行网格y轴方向道的增材；
11.步骤三：关闭送粉装置一，打开送粉装置二，在网格矩形主体位置增材超高强高硬钢，高度低于网格线状边界3～4mm停止；
12.步骤四：依次重复步骤二和步骤三至预设高度结束，且最后一次重复步骤三时，网格矩形主体的高度增至与网格线状边界平齐。
13.进一步的，步骤二中增材网格线状边界时，每一层的每一道的熔宽为w1，每一道的搭接量为w1/3～w1/2，且组成每一个网格线状边界的增材道数相同。
14.进一步的，在增材奥氏体不锈钢网格线状边界时，当x方向正交通过y方向或者y方向正交通过x方向时，控制送粉速度为0，通过后恢复原送粉速度。
15.进一步的，在增材超高强硬质网格矩形主体时，始终沿x轴或者y轴方向增材，当增材的超高强硬质金属接触到奥氏体不锈钢网格线状边界时，控制送粉速度为0，通过后恢复原送粉速度；如此循环进行，直至增材到最后一个网格底部结束。
16.进一步的，增材超高强硬质钢网格矩形主体时，每一层的每一道的熔宽为w2，每一道的搭接量为w2/3～w2/2。
17.进一步的，网格线状边界为宽度为6～8mm，网格矩形主体为6n mm
×
6mmm～8n mm
×
8m mm的超高强高硬钢，即网格矩形主体的长度和宽度是分别网格线状边界宽度的n、m倍。
18.一种网格金属复合结构，采用上述的方法制备。
19.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
20.(1)本发明使用双送粉激光熔化沉积设备，将超高强高硬钢和奥氏体不锈钢分别装进两个送粉装置，通过交替控制送粉速度，来实现超高强高硬钢网格金属结构及其工艺方法。该超高强高硬钢网格金属结构，网格线型边界由“软材料”奥氏体不锈钢充当，网格矩形主体由“硬材料”超高强高硬钢充当；该超高强高硬钢网格金属结构受到外部冲击时，裂纹发生偏转、延长、分叉，有效地分散了应力，避免了应力集中，与单一合金材料相比提高了塑韧性等综合性能。
21.(2)本发明通过双送粉激光增材工艺，极大的简化了工艺流程，大幅度提高了增材件的精度和成型质量，并且具有相当高的工作效率。
22.(3)本发明提供的工艺步骤可以实现复合基材料网格结构宏量化制造。
附图说明
23.图1为本发明网格结构俯视图。
24.图2为本发明网格结构主视图；(a)一层次(b)两层次。
25.图3为不锈钢粉末增材连续网格线状边界送粉波形图。
26.图4为不锈钢粉末增材不连续网格线状边界送粉波形图。
27.图5为超高强高硬钢粉末增材不连续网格矩形主体送粉波形图。
28.图6为每一层的焊道搭接示意图。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
30.如图1-6所示，一种超高强高硬钢网格金属结构增材工艺方法，该增材工艺方法包括以下步骤：
31.步骤一：设计的超高强高硬钢网格金属结构包括网格线状边界和网格矩形主体，网格线状边界为宽度为6mm的316l奥氏体不锈钢，网格矩形主体为18mm
×
18mm的马氏体时效钢如图1所示。
32.步骤二：选择双送粉激光熔敷设备来实现该增材工艺方法，分别试验316l不锈钢和马氏体时效钢增材的工艺参数。
33.步骤三：将奥氏体不锈钢粉末装入送粉装置一，将马氏体时效钢粉末装入送粉装置二。
34.步骤四：打开送粉装置一，关闭送粉装置二，规划好路径，增材网格线状边界，先进行网格竖直道的增材，不锈钢的再进行网格水平道的增材。
35.步骤五：增材网格线状边界时，为了保证多道搭接以后每一层都保持水平，
36.每一道的熔宽为w1，每一道的搭接量为w1/2，且组成每一个网格线状边界的道数相同，如图6所示。
37.步骤六：在增材奥氏体不锈钢网格线状边界时，使用工业采集与数据控制卡
38.板来控制送粉速度，当每一层后增材的那一道正交通过先增材的那一道金属时，控制送粉速度为0，通过后恢复原送粉速度。
39.步骤七：在增材超高强硬质网格矩形主体时，使用工业采集与数据控制卡板
40.来，控制送粉速度沿竖直方向增材，当增材的超高强硬质金属接触到奥氏体不锈钢网格线状边界时，控制送粉速度为0，通过后恢复原送粉速度。如此循环进行，直至增材到最后一个网格底部结束。
41.步骤八：增材超高强硬质网格矩形主体时，为了保证多道搭接以后每一层都保持水平，每一道的熔宽为w2，每一道的搭接量为w2/2，如图6所示。
42.步骤九：关闭送粉装置一，打开送粉装置二，按照选择的超高强高硬钢的工艺参数，在网格矩形主体增材超高强高硬钢，高度低于网格线状边界3～4mm停止，如图2所示。
43.步骤十：依次重复步骤三和步骤四至预期高度结束，且最后一次重复步骤十时，网格矩形主体的高度要增至与网格线状边界平齐。