專(zhuān)利名稱(chēng)：激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料粉料領(lǐng)域，特別是涉及一種激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料。
技術(shù)背景快速成形技術(shù)是20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)制造技術(shù)，它是一種由計(jì)算機(jī)輔助 制圖模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造復(fù)雜形狀實(shí)體的技術(shù)。由于它采用離散/堆積原理，因此理論 上快速成形可以制造任意復(fù)雜形狀的實(shí)體。快速成形能顯著縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間、降低開(kāi) 發(fā)費(fèi)用。對(duì)于激光快速成形技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究者作了很多工作，取得了大量有價(jià)值的研究成 果，并得到一定規(guī)模的應(yīng)用。然而利用金屬粉料生產(chǎn)機(jī)械零部件的實(shí)際工程應(yīng)用卻有待于 開(kāi)發(fā)和推廣，主要原因是激光快速成形過(guò)程中工件常會(huì)產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷。目前，國(guó)內(nèi)外用于激光快速成形的粉料材料主要沿用傳統(tǒng)的熱噴涂系列合金粉料，常 用激光熔覆材料主要包括鎳基合金、鐵基合金、鈷基自熔合金，以及上述合金與碳化物(WC、 TiC、 SiC等)顆粒組成的金屬陶瓷復(fù)合粉料，這類(lèi)金屬粉料成形后普遍存在合金層之間結(jié) 合強(qiáng)度低，耐磨性差以及殘余應(yīng)力大，出現(xiàn)氣孔和裂紋等問(wèn)題。其中，最為棘手的問(wèn)題是 工件中存在的裂紋與氣孔。激光快速成形專(zhuān)用的金屬粉料在國(guó)內(nèi)外尚未有所報(bào)道，而傳統(tǒng)的熱噴涂系列合金已不 能滿足激光快速成形技術(shù)快速發(fā)展的需要，因此必須開(kāi)發(fā)出激光快速成形專(zhuān)用的金屬粉料， 解決激光快速成形過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，解決激光快速成 形過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋問(wèn)題。本發(fā)明的激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，是在鐵粉中，添加以下元素中的至少一種進(jìn)行 強(qiáng)化而得到的C、 Cr、 Mo、 Ni、 Nb或Co。上述的激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，其特點(diǎn)在于，還添加有B、 Si和微量稀土氧化物。 所述的微量稀土氧化物選自下列之一或組合Ce02、 丫302或La203，添加的稀土氧化物總量 按重量百分比《1%粉料總重量。通過(guò)添加適量B、 Si和微量稀土氧化物并調(diào)節(jié)各元素比例，鐵基合金在凝固后形成以 奧氏體為基體，其上分布少量的碳化物的組織，使合金在具有良好的韌性，降低合金熔點(diǎn) 的同時(shí)還使凝固層具有一定硬度和強(qiáng)度的要求。從根本上保證并提高了合金粉料在激光快 速成形過(guò)程中的抗裂性、成形性、工藝穩(wěn)定性和成分均勻性。優(yōu)選的，上述激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料中，C、 Nb、 Co總重量百分比《2%粉料總重量o 本發(fā)明激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，其特征在于，所述材料中還含有Mg0，重量百分 比《1%粉料總重量。本發(fā)明激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，其特征在于，所述材料中還含有CaF2，重量百分 比《2%粉料總重量。本發(fā)明激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，優(yōu)選的組成按重量百分比如下 Cr: 15-25%; Ni: 8-15%; Mo: 1.5-2.5%; Si: 1.2-1.8%; B: 0.1-1.0%; C、 Nb和Co 總量《2%; MgO《l%; CaF2《2%; Ce02、 Y302、 1^203其中之一或組合《1%; Fe:余量。本發(fā)明激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料硬度在HRC28-30之間。本發(fā)明激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料的制備方法，將上述組分原料按成分配比，放入混 料機(jī)中充分混合即可，混合時(shí)間2-5小時(shí)。本發(fā)明激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料主要應(yīng)用在大型零件的尺寸修復(fù)，還可應(yīng)用于汽車(chē)、 輪椅、摩托車(chē)、客車(chē)、叉車(chē)、卡車(chē)、電腦類(lèi)產(chǎn)品、照相機(jī)、攝像機(jī)、醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)，特 別在模具行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在利用C、 Cr、 Mo、 Ni、 Nb、 Co等元素強(qiáng)化的鐵基合金基礎(chǔ)上， 通過(guò)調(diào)節(jié)各元素比例及添加適量的B、 Si和微量稀土氧化物使合金在凝固后形成以?shī)W氏體 為基體，其上分布少量的碳化物的組織，使合金在具有良好的韌性，降低合金熔點(diǎn)的同時(shí) 還使凝固層具有一定硬度和強(qiáng)度的要求，增加了耐磨性能。本發(fā)明的激光快速成形專(zhuān)用鐵 基金屬粉料，其成分配比合理。該金屬粉料有良好的潤(rùn)濕性及自熔性，塑、韌性大，能夠 阻止裂紋的產(chǎn)生，從根本上保證并提高了合金粉料的激光快速成形中的抗裂性、成形性、 工藝穩(wěn)定性和成分均勻性。
具體實(shí)施方式
一種激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，在鐵基上至少利用以下元素中的一種成分強(qiáng)化而得 C、 Cr、 Mo、 Ni、 Nb、 Co;并在該鐵基合金基礎(chǔ)上添加B、 Si和微量稀土氧化物組成，所述 材料中添加的微量的稀土氧化物是Ce02、 Y302、 LaA其中的一種或任意一種組,合，其總量 按重量百分比《粉料總重量的1%;所述材料中還有按重量百分比《^的MgO和按重量百分 比《2X的CaF2。具體實(shí)施例如下實(shí)施例l一種激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，組成按重量百分比為Cr: 25%; Mo: 1.5%; Ni: 10%;Si: 1.5%; B: 0.1%; Y203: 0.5%; C: 0.5%、 Nb: 0.5%、 Co: 0.5%; CaF2: 1%; MgO: 0.4%; Fe:余量。將以上各種金屬粉末按成分配比配制，放入混料機(jī)中充分混合'混合時(shí)間2-5小時(shí)。 將所得專(zhuān)用鐵基粉料應(yīng)用于某堿業(yè)公司陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子軸頸修復(fù)轉(zhuǎn)子重量約為1500Kg， 工作溫度15(TC左右，工作介質(zhì)是堿性蒸汽，軸頸部分磨損嚴(yán)重。用機(jī)加工去處表層后，
用研制的鐵基合金粉進(jìn)行修復(fù)，采用4000W橫流高壓連續(xù)C02激光器，應(yīng)用所述材料進(jìn)行 激光熔覆，操作的工藝參數(shù)為功率2000W;光斑直徑3ram;掃描速度60mm/min;焦距 320mm。再經(jīng)機(jī)加工復(fù)形。經(jīng)無(wú)損探傷檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有空洞、夾雜、裂紋等缺陷，軸頸尺寸 合格，整體無(wú)變形，硬度均勻，性能穩(wěn)定。廠家回裝后運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，使用正常。 實(shí)施例2一種激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，組成按重量百分比為Cr: 18%; Mo: 1.2%; Ni: 8%; Si: 1.2%; B: 0.3%; Ce02: 0.3%; Y203: 0.3%; C:O. 7%、 Nb: 0.8%、 Co: 0.5%; CaF2: 2%; MgO: 0.1%; Fe:余量。各種金屬粉末按成分配比配制，放入混料機(jī)中充分混合，混合時(shí)間2-5小時(shí)。 采用5000W橫流高壓連續(xù)C02激光器，應(yīng)用將所得專(zhuān)用鐵基粉料在無(wú)任何預(yù)熱和緩冷 處理的45#鋼基體表面進(jìn)行單道多層的熔覆試驗(yàn)，最后得到長(zhǎng)140mm，高25mm的熔覆層。 工藝參數(shù)為功率1300W;焦距375誦；光斑直徑3mm;掃描速度300咖/min。經(jīng)滲透法 檢測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋，經(jīng)組織觀察沒(méi)有發(fā)現(xiàn)空洞、夾雜等缺陷，硬度均勻，HRC28-30。 實(shí)施例3一種激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，組成按重量百分比為Cr: 20%; Mo: 1.2%; Ni: 8%; Si: 1.8%; B: 0.5%; Y203: 0.5%; C:O. 5%、 Nb: 0.4%、 Co: 0.3%; CaF2: 0.5%; MgO: 0.2%; Fe:余量。各種金屬粉末按成分配比配制，放入混料 機(jī)中充分混合，混合時(shí)間2-5小時(shí)。采用德國(guó)Rof in公司制造的ROFIN TR050型快軸流C02激光器，應(yīng)用所述粉料在無(wú)預(yù) 熱和緩冷的條件下40tt鋼基體表面進(jìn)行成形實(shí)驗(yàn)，最后得到壁厚2mm，高40mra，外圓直徑 30mm的圓筒。工藝參數(shù)為750W;焦距460mm;光斑直徑2ram;掃描速度350mm/min。送 粉速度4deg/s，成形層厚0. 4mm/s經(jīng)滲透法檢測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋，經(jīng)組織觀察沒(méi)有發(fā)現(xiàn)空 洞、夾雜等缺陷，硬度均勻。
權(quán)利要求
1、 一種激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，其特征在于是在鐵粉中，添加以下元素中的至少一 種進(jìn)行強(qiáng)化而得到的C、 Cr、 Mo、 Ni、 Nb或Co。
2、 如權(quán)利要求1所述的激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，其特征在于，還添加有B、 Si和微 量稀土氧化物。
3、 如權(quán)利要求2所述的激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，其特征在于，所述的微量稀土氧化 物選自下列之一或組合Ce02、 102或LaA，添加的微量稀土氧化物總量按重量百分比《1% 粉料總重量。
4、 如權(quán)利要求3所述激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，其特征在于按重量百分比所述材料 中C、 Nb、 Co的總重量百分比《2%粉料總重量。
5、 如權(quán)利要求l、 2、 3或4所述激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，其特征在于，所述材料中 還含有MgO，其重量百分比《1%粉料總重量。
6、 如權(quán)利要求l、 2、 3或4所述激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，其特征在于，所述材料中 還含有CaF2，其重量百分比《2%粉料總重量。
7、 如權(quán)利要求1所述的激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，其特征在于，優(yōu)選的組成按重量百 分比如下Cr: 15-25%; Ni: 8-15%; Mo: 1.5-2.5%; Si: 1.2-1.8%; B: 0.1-1.0%; C、 Nb禾口Co總、 量《2%; MgO《l%; CaF2《2%; Ce02、 Y302、 1^203其中之一或組合《1%; Fe:余量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光快速成形專(zhuān)用鐵基粉料，屬于金屬材料粉料領(lǐng)域。該鐵基粉料化學(xué)成份為(質(zhì)量百分比)Cr15-25％；Ni8-15％；Mo1.5-2.5％；Si1.2-1.8％；B0.1-1.0％；MgO≤1％；CaF₂≤2％；C、Nb、Co其重量百分比≤2％；CeO₂、Y₃O₂、La₂O₃其中之一或組合≤1％；Fe余量。各種金屬粉末按成分配比入混料機(jī)中充分混合。將該粉料在無(wú)任何預(yù)熱和緩冷前后處理的條件下在45#鋼基體表面進(jìn)行激光熔覆，得到表面光滑、平整、無(wú)裂紋、厚度達(dá)到10mm以上的激光熔覆層，其硬度在HRC28-30之間。利用本發(fā)明形成的熔覆層成形性良好。組織致密、成分均勻、無(wú)裂紋。
文檔編號(hào)B23K35/22GK101122018SQ20071011321
公開(kāi)日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月29日
發(fā)明者付春霞, 邊秀房 申請(qǐng)人:山東大學(xué)