一种金属梯度复合结构及其制备方法

技术领域

本申请属于航空制造技术领域，特别涉及一种金属梯度复合结构及其制备方法。

背景技术

传统飞机结构件由均质材料构成，性能单一。金属梯度复合结构将两种或两种以上的金属材料结合成一个整体结构，力学性能呈现梯度变化，可以按照结构的性能需求进行优化布局，发挥每一种材料的性能优势，实现对性能的主动调控，使“好钢用在刀刃上”，提高结构效率，实现结构减重增寿的效果。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种金属梯度复合结构及其制备方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

本申请的第一个方面提供了一种金属梯度复合结构，包括：

所述金属梯度复合结构包括连接的23Co14Ni12Cr3MoE钢层和16Co14Ni10Cr2MoE钢层。

在本申请的至少一个实施例中，所述23Co14Ni12Cr3MoE钢层由直径为1.2mm的23Co14Ni12Cr3MoE丝材通过电弧熔丝增材制造工艺制备而成。

在本申请的至少一个实施例中，所述16Co14Ni10Cr2MoE钢层由直径为1.2mm的16Co14Ni10Cr2MoE丝材通过电弧熔丝增材制造工艺制备而成。

本申请的第二个方面提供了一种金属梯度复合结构制备方法，包括：

步骤一、通过电弧熔丝增材制造工艺，将直径为1.2mm的23Co14Ni12Cr3MoE丝材制备成23Co14Ni12Cr3MoE钢层；

步骤二、将所述23Co14Ni12Cr3MoE钢层的表面机械加工至Ra3.2以上；

步骤三、通过电弧熔丝增材制造工艺，在所述23Co14Ni12Cr3MoE钢层的表面上，将直径为1.2mm的16Co14Ni10Cr2MoE丝材制备成16Co14Ni10Cr2MoE钢层，得到金属梯度复合结构；

步骤四、对所述金属梯度复合结构进行热处理。

在本申请的至少一个实施例中，步骤四中，所述对所述金属梯度复合结构进行热处理，包括：

S41、对所述金属梯度复合结构依次进行正火处理以及第一整体加热回火处理，实现预备热处理；

S42、在预备热处理结束后，对所述金属梯度复合结构依次进行淬火处理以及冷处理；

S43、在冷处理结束后24h内，对所述金属梯度复合结构进行第二整体加热回火处理；

S44、在第二回火处理结束后，对所述金属梯度复合结构进行梯度加热回火处理。

在本申请的至少一个实施例中，S41中，

对所述金属梯度复合结构进行正火处理包括：对所述金属梯度复合结构加热到900℃±10℃，并在保温1h后进行空冷；

对所述金属梯度复合结构进行第一整体加热回火处理包括：对所述金属梯度复合结构加热到680℃±10℃，并在保温16h后进行空冷。

在本申请的至少一个实施例中，S42中，

对所述金属梯度复合结构进行淬火处理包括：对所述金属梯度复合结构加热到885℃±15℃，并在保温1h后进行油冷；

对所述金属梯度复合结构进行冷处理包括：对所述金属梯度复合结构冷却到-73℃±8℃，并在保温1h后，放置在空气中恢复到室温；

在本申请的至少一个实施例中，S43中，

对所述金属梯度复合结构进行第二整体加热回火处理包括：对所述金属梯度复合结构加热到482℃±3℃，并在保温5h～8h后进行空冷。

在本申请的至少一个实施例中，S44中，

对所述金属梯度复合结构进行梯度加热回火处理包括：对所述金属梯度复合结构进行梯度加热，其中，将23Co14Ni12Cr3MoE钢层的表面控制在0℃，16Co14Ni10Cr2MoE钢层的表面控制在510℃±5℃，23Co14Ni12Cr3MoE钢层的表面至16Co14Ni10Cr2MoE钢层的表面之间温度呈梯度增加，并在保温5h～8h后进行空冷。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的金属梯度复合结构，可以按照受力分布同时在不同区域具备高强度和高韧性。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的金属梯度复合结构示意图；

图2是本申请一个实施方式的梯度加热回火处理示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。

本申请的第一个方面提供了一种金属梯度复合结构，如图1所示，该金属梯度复合结构为双层结构，包括连接的23Co14Ni12Cr3MoE钢层和16Co14Ni10Cr2MoE钢层。

本申请的金属梯度复合结构，由23Co14Ni12Cr3MoE和16Co14Ni10Cr2MoE两种材料组成，包括23Co14Ni12Cr3MoE钢层结构和16Co14Ni10Cr2MoE钢层结构，并通过电弧熔丝增材制造工艺制备而成。

在本申请的一个实施方式中，23Co14Ni12Cr3MoE钢层由直径为1.2mm的23Co14Ni12Cr3MoE丝材通过电弧熔丝增材制造工艺制备而成，16Co14Ni10Cr2MoE钢层由直径为1.2mm的16Co14Ni10Cr2MoE丝材通过电弧熔丝增材制造工艺制备而成。

本申请的第二个方面提供了一种金属梯度复合结构制备方法，包括以下步骤：

步骤一、通过电弧熔丝增材制造工艺，将直径为1.2mm的23Co14Ni12Cr3MoE丝材制备成23Co14Ni12Cr3MoE钢层；

步骤二、将成形后的23Co14Ni12Cr3MoE钢层的表面机械加工至Ra3.2(表面粗糙度)以上；

步骤三、通过电弧熔丝增材制造工艺，在23Co14Ni12Cr3MoE钢层的表面上，将直径为1.2mm的16Co14Ni10Cr2MoE丝材制备成16Co14Ni10Cr2MoE钢层，得到金属梯度复合结构；

步骤四、对金属梯度复合结构进行热处理。

在本申请的优选实施方式中，对金属梯度复合结构进行热处理，具体如下：

S41、对金属梯度复合结构依次进行正火处理以及第一整体加热回火处理，实现预备热处理；

其中，对金属梯度复合结构进行正火处理包括：对金属梯度复合结构加热到900℃±10℃，并在保温1h后进行空冷；

对金属梯度复合结构进行第一整体加热回火处理包括：对金属梯度复合结构加热到680℃±10℃，并在保温16h后进行空冷。

S42、在预备热处理结束后，对金属梯度复合结构依次进行淬火处理以及冷处理；

其中，对金属梯度复合结构进行淬火处理包括：对金属梯度复合结构加热到885℃±15℃，并在保温1h后进行油冷；

对金属梯度复合结构进行冷处理包括：对金属梯度复合结构冷却到-73℃±8℃，并在保温1h后，放置在空气中恢复到室温。

S43、在冷处理结束后24h内，对金属梯度复合结构进行第二整体加热回火处理；

其中，对金属梯度复合结构进行第二整体加热回火处理包括：对金属梯度复合结构加热到482℃±3℃，并在保温5h～8h后进行空冷。

S44、在第二回火处理结束后，对金属梯度复合结构进行梯度加热回火处理；

其中，如图2所示，对金属梯度复合结构进行梯度加热回火处理包括：对金属梯度复合结构进行梯度加热，其中，将23Co14Ni12Cr3MoE钢层的表面控制在0℃，16Co14Ni10Cr2MoE钢层的表面控制在510℃±5℃，23Co14Ni12Cr3MoE钢层的表面至16Co14Ni10Cr2MoE钢层的表面之间温度呈梯度增加，并在保温5h～8h后进行空冷。

本申请的金属梯度复合结构及其制备方法，将23Co14Ni12Cr3MoE和16Co14Ni10Cr2MoE两种超高强度钢通过电弧熔丝增材制造制备成整体结构，并通过梯度热处理充分发挥两种材料的性能优势，使得梯度复合结构同时兼备高强度和高韧性，在结构设计中，可以按照使用需求对两种材料进行布局，实现对性能的主动调控，提高结构效率，实现结构减重增寿的效果。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。