一种激光增材制造新型耐磨不锈钢所用粉料制造技术

本发明专利技术提供了激光增材制造新型耐磨不锈钢所用粉料，属于激光增材制造技术新领域。随着合金粉末中Ni含量的降低，新型不锈钢的基体相结构发生变化，显微硬度随着Ni含量的减小而增大，耐磨损性能显著提高。制备出的新型耐磨不锈钢，克服了普通不锈钢不能兼顾多种使用性能的弊端，集系列材料的优异性能于一体，可延长不锈钢的使用寿命，降低了不锈钢制造成本，具有显著经济和社会效益。

A kind of laser material for making new type of wear-resistant stainless steel

The invention provides a powder for the manufacture of a new type of wear-resistant stainless steel by laser material increasing, which belongs to the new field of laser material increasing manufacturing technology. With the decrease of Ni content in the alloy powder, the phase structure of the new stainless steel changes, the microhardness increases with the decrease of Ni content, and the wear resistance is improved significantly. The new wear-resistant stainless steel is manufactured, which overcomes the disadvantages of ordinary stainless steel which can not take into account many kinds of performance. It integrates the excellent properties of a series of materials, prolongs the service life of stainless steel, reduces the manufacturing cost of stainless steel, and has significant economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种激光增材制造新型耐磨不锈钢所用粉料
本专利技术涉及一种激光增材制造用的铁基合金粉料，特别是涉及一种成形性良好、硬度较高、耐磨损性能优异的激光熔化沉积用新型耐磨不锈钢所用粉料及其制备方法。
技术介绍
不锈钢作为世界冶金史上的一项重大专利技术，为工业发展和科技进步奠定了重要的材料基础。进入21世纪以来，我国不锈钢的表观消费量逐年增加，2001年我国的不锈钢消费量为222万吨左右，2010年达到了1280万吨，表观消费量年均增幅22.16％，我国连续多年成为不锈钢的最大消费国，可见不锈钢的生产制造在国内有着巨大的发展空间。由于不锈钢的含碳量较低，耐磨性差，必须要经表面强化后才能在一些耐磨性要求较高的场合使用。一般在不锈钢表面制备涂层或改性层能够有效延缓金属面板的氧化速率，同时提高其耐磨损性能。然而此种方式增大了不锈钢的制造成本。随着工业上对耐磨不锈钢需求量的增大，制备耐磨不锈钢材料具有巨大的经济效益。不锈钢一般含有铬(Cr)，镍(Ni)，钼(Mo)，钛(Ti)等优质金属元素，添加不同合金元素对不锈钢的组织结构及性能会产生很大影响。镍是一种贵重的稀有金属元素，资源的匮乏造成其产品价格居高不下，不利于节约资源型材料的发展。同时镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。在不锈钢中增加镍元素的一个主要原因就是镍可以改变钢的晶体结构，促使钢的晶体结构从体心立方晶体向面心立方晶体转变。镍也可以与一些合金元素形成金属间化合物以第二相的形式析出，阻止晶粒的长大，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性。众所周知，镍是全世界非常紧缺的战略资源之一；我国的镍储量相对较低，而镍是奥氏体不锈钢不可或缺的合金元素，随着全球奥氏体不锈钢消费量的增加，镍的存储量已逐年减少，这将直接导致奥氏体不锈钢生产成本的提高，给生产企业及用户带来了很大的压力。近年来激光增材制造技术生产大型金属零件已经成为研究热点。增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除-切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。与传统加工技术相比，激光增材制造技术具有制造过程柔性化程度高，产品生产周期短，加工速度快，能够生产复杂结构的零件等优势。这对传统的加工制造业产生深刻的影响。故根据合金元素Ni对不锈钢组织结构及性能的影响规律研制不同Ni含量的新型合金粉料，用于激光增材制造新型耐磨不锈钢具有重要意义。新型耐磨不锈钢具有低成本、高硬度和良好的磨损性能等优点，可以代替传统的316和304不锈钢，大量用于塑性及承受冲击载荷要求较高的零件，如汽轮机叶片、大型轴流式压缩机叶片、紧固件、阀体、轴泵套、轴承等。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是采用激光熔化沉积技术，利用光纤激光器进行激光增材制造新型耐磨不锈钢，制备出的不锈钢显微组织均匀，克服了普通不锈钢不能兼顾多种使用性能的弊端，新型不锈钢成形性良好、硬度较高、耐磨损性能优异，集系列材料的优异性能于一体，提供一种激光增材制造新型耐磨不锈钢所用粉料。技术方案：本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种激光增材制造新型耐磨不锈钢所用粉料，其特征在于：粉料的基本组成重量百分比为C：0.16-0.18，Cr：15.00-16.50，Ni：1.70-10.70，B：1.14-1.25，Si：1.04-1.15，Mo：0.91-1.00，Mn：0.45-0.50，其余为Fe。所述粉料的粒径为53~140微米。一种使用所述的激光增材制造新型耐磨不锈钢所用粉料制造新型耐磨不锈钢的制备方法，其特征在于：制造方法步骤如下：1)将权利要求1所述成分的材料经过真空熔炼、气雾化和筛选工序，制得球形度高无卫星组织、含氧量低、流动性好、纯净度高，且合金粉料的粒度分布较窄的粉料；2)将步骤1所得粉料在烘箱中80℃烘干3小时以上；3)合金钢基材表面打磨、清洗干燥后备用，将步骤2所得粉料采用同轴送粉的方式通过光纤激光器辐照后在合金钢基材表面熔化沉积；4)采用光纤激光器进行多次激光辐照处理，激光功率为1.8-2.5kW，扫描速度为6-8mm/s，送粉速度为13-18g/min，光斑直径为3.5-4.5mm，扫描间距为2.1-2.5mm，搭接率为45-55％，保护气氩气流量为400-500L/h，控制粉体成分，获得具有不同基体结构的激光增材制造新型耐磨不锈钢构件。优点及效果：本专利技术激光增材制造所用新型耐磨不锈钢所用粉料具有如下优点：本专利技术的粉料通过激光熔化沉积技术增材制造新型耐磨不锈钢成形性良好、硬度较高、耐磨损性能优越，可以应用在不同特殊环境下，具有良好的工程应用前景和经济效益。激光增材制造技术大大缩短了生产周期，提高制造效率和精度，同时激光增材制造过程也是快速凝固的过程，抑制晶粒长大，细化晶粒，使制备出的不锈钢组织均匀致密，机械性能良好，特别适用于对磨损性能要求较高的特定工况的使用需要，从而大大提高增材制造不锈钢材料的使用寿命。同时减少了贵金属的加入，降低不锈钢的生产成本，具有巨大的经济效益。附图说明：图1为激光增材制造新型耐磨不锈钢（Ni=10.7，7.7，4.7，1.7wt.%）的X-射线衍射谱图；图2为激光增材制造新型耐磨不锈钢（Ni=10.7，7.7，4.7，1.7wt.%）组织形貌的扫描电镜照片；a）激光增材制造新型耐磨不锈钢Ni=10.7wt.%的样品组织形貌的扫描电镜照片；b）激光增材制造新型耐磨不锈钢Ni=7.7wt.%的样品组织形貌的扫描电镜照片；c）激光增材制造新型耐磨不锈钢Ni=4.7wt.%的样品组织形貌的扫描电镜照片；d）激光增材制造新型耐磨不锈钢Ni=1.7wt.%的样品组织形貌的扫描电镜照片；图3为激光增材制造新型耐磨不锈钢（Ni=10.7，7.7，4.7，1.7wt.%）的显微硬度分布曲线；图4为激光增材制造新型耐磨不锈钢（Ni=10.7，7.7，4.7，1.7wt.%）的磨损形貌图片；a）激光增材制造新型耐磨不锈钢Ni=10.7wt.%的样品磨损形貌图片；b）激光增材制造新型耐磨不锈钢Ni=7.7wt.%的样品磨损形貌图片；c）激光增材制造新型耐磨不锈钢Ni=4.7wt.%的样品磨损形貌图片；d）激光增材制造新型耐磨不锈钢Ni=1.7wt.%的样品磨损形貌图片；图5为激光增材制造新型耐磨不锈钢（Ni=10.7，7.7，4.7，1.7wt.%）磨损后的二维轮廓形貌；a）激光增材制造新型耐磨不锈钢Ni=10.7wt.%的样品磨损后的二维轮廓形貌；b）激光增材制造新型耐磨不锈钢Ni=7.7wt.%的样品磨损后的二维轮廓形貌；c）激光增材制造新型耐磨不锈钢Ni=4.7wt.%的样品磨损后的二维轮廓形貌；d）激光增材制造新型耐磨不锈钢Ni=1.7wt.%的样品磨损后的二维轮廓形貌。具体实施方式：本专利技术提供一种激光增材制造用新型耐磨不锈钢所用的粉料，利用光纤激光器在合金钢表面同轴送粉，高能束激光辐照下合金粉末材料迅速熔化并沉积在合金钢表面，在快速冷凝条件下，在合金钢表面形成新型耐磨不锈钢。激光增材制造新型耐磨不锈钢所用粉料，粉料是由8种主要元素组成，其重量百分比为C：0.16-0.18，Cr：15.00-16.50，Ni：1.70-7.70，B：1.14-1.25，Si：1.04-1.15，M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光增材制造新型耐磨不锈钢所用粉料，其特征在于：粉料的基本组成重量百分比为C：0.16‑0.18，Cr：15.00‑16.50，Ni：1.70‑10.70，B：1.14‑1.25，Si：1.04‑1.15，Mo：0.91‑1.00，Mn：0.45‑0.50，其余为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种激光增材制造新型耐磨不锈钢所用粉料，其特征在于：粉料的基本组成重量百分比为C：0.16-0.18，Cr：15.00-16.50，Ni：1.70-10.70，B：1.14-1.25，Si：1.04-1.15，Mo：0.91-1.00，Mn：0.45-0.50，其余为Fe。2.根据权利要求1所述的激光增材制造新型耐磨不锈钢所用粉料，其特征在于：所述粉料的粒径为53~140微米。3.一种使用如权利要求1所述的激光增材制造新型耐磨不锈钢所用粉料制造新型耐磨不锈钢的制备方法，其特征在于：制造方法步骤如下：1)将权利要求1所述成分的材料经过真空熔炼、气雾化和筛选工序，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春华，韩雨柔，张辉，张松，张瀚方，崔雪，吴臣亮，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21