一种用于激光熔覆的铁基合金粉末及激光熔覆方法技术

本发明专利技术提出一种用于激光熔覆的铁基合金粉末及激光熔覆方法，所述铁基合金粉末由C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、N、Cu、B和Fe组成，且各组份的质量百分比含量为：C：0.1%～0.18%；Si：0.95%～1.07%；Mn：0.2045%～0.31%；Cr：14.61%～16.242%；Ni：2.51%～3.03%；Mo：0.3%～0.41%；V：0.075%～0.12%；Nb：0.2%～0.23%；N：0.045%～0.08%；Cu：0.04%～0.08%；B：0.4%～0.4998%；其余为Fe。所述激光熔覆方法基于所述铁基合金粉末进行。本发明专利技术通过配方配比优化使得铁基合金粉末在完全不牺牲、甚至提高其硬度、耐磨、耐腐蚀和焊接性能的同时，实现了其中Cr元素成分含量的缩减，进而有效降低了成本，同时还提高了其硬度、耐磨、耐腐蚀和焊接性能，具有广阔的推广应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光熔覆的铁基合金粉末及激光熔覆方法
本专利技术属于一种激光熔覆领域，具体属于一种用于激光熔覆的铁基合金粉末及激光熔覆方法。
技术介绍
激光熔覆技术又叫激光再制造技术、激光修复技术，一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。激光熔覆技术是利用激光和纳米材料对各类零件进行合金强化处理的新兴技术，处理后能够显著提高其表面的硬度和耐磨性，延长零件的使用寿命。液压油缸是煤矿井下液压动力源的主要部件，受井下高温、高湿、机械摩擦等外部因素长期影响，油缸表面会出现不同程度的磨损、腐蚀及其他理化现象，若不及时修复处理，会造成油缸漏油、动力不足等问题，影响工作面高效生产。如果对整个油缸进行更换，费时费力而且成本较高。激光熔覆技术是目前煤矿设备常用的激光表面强化技术，利用激光熔覆强化技术修复液油缸破损面，不仅省时省力，而且可以有效控制受损面，进一步延长油缸使用寿命。激光熔覆材料的状态一般有粉末状、丝状等，应用最广泛的是粉末状材料，主要分为金属粉末、陶瓷粉末以及两者复配的复合粉末，而金属粉末由于对碳钢、不锈钢、铸钢等多种基材具有良好的适应性因此研究最多。以金属粉末中的自熔性合金粉末为例，最具代表性的为镍基、钴基、铁基粉末：铁基合金粉末虽然价格较低，但是其各项性能都不如镍基和钴基粉末；钴基合金粉末耐高温、耐磨和耐腐蚀性能最好，但是价格较高；镍基粉末耐热性、耐腐蚀性能较好但是耐高温性能较差，价格较为适中。目前，液压支架油缸表面采用激光熔覆技术，常用铁基合金粉末，粉末成分包括C、Si、Cr、Ni、Mo、V和Fe，具体组成为C：0.1~0.155%、Si：1.0~1.53%、Cr：17.5~19.4%、Ni：2.45~3.48%、Mo：0.31~0.5%、V：0.01~0.05%，余量为铁。铁基粉末中含Cr量决定了成本，现有常用铁基粉末的含Cr量较高，成本较高，且现有铁基合金粉末的硬度、耐磨、耐腐蚀和焊接性能一般。
技术实现思路
本专利技术针对现有激光熔覆技术不足，提出一种能够提高激光熔覆层耐腐蚀、耐磨性能和硬度的激光熔覆铁基合金粉末，通过配方配比优化使得这种合金粉末在完全不牺牲、甚至提高其硬度、耐磨、耐腐蚀和焊接性能的同时，实现了其中Cr元素成分含量的缩减，进而有效降低了成本，同时还提高了其硬度、耐磨、耐腐蚀和焊接性能，具有广阔的推广应用前景。本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案如下：一种用于激光熔覆的铁基合金粉末，所述铁基合金粉末由C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、N、Cu、B和Fe组成，且各组份的质量百分比含量为：C：0.1%～0.18%；Si：0.95%～1.07%；Mn：0.2045%～0.31%；Cr：14.61%～16.242%；Ni：2.51%～3.03%；Mo：0.3%～0.41%；V：0.075%～0.12%；Nb：0.2%～0.23%；N：0.045%～0.08%；Cu：0.04%～0.08%；B：0.4%～0.4998%；其余为Fe。进一步的根据本专利技术所述的铁基合金粉末，其中各组份的质量百分比含量为：C：0.18%；Si：1.055%；Mn：0.2045%；Cr：16.242%；Ni：2.865%；Mo：0.395%；V：0.075%；Nb：0.206%；N：0.045%；Cu：0.08%；B：0.4998%；其余为Fe。进一步的根据本专利技术所述的铁基合金粉末，其中各组份的质量百分比含量为：C：0.15%；Si：0.95%；Mn：0.31%；Cr：14.61%；Ni：2.51%；Mo：0.3%；V：0.08%；Nb：0.2%；N：0.08%；Cu：0.05%；B：0.4%；其余为Fe。进一步的根据本专利技术所述的铁基合金粉末，其中各组份的质量百分比含量为：C：0.1%；Si：1.07%；Mn：0.24%；Cr：16.13%；Ni：3.03%；Mo：0.41%；V：0.12%；Nb：0.23%；N：0.08%；Cu：0.04%；B：0.4%；其余为Fe。进一步的根据本专利技术所述的铁基合金粉末，其中基于所述铁基合金粉末形成的激光熔覆层的厚度在0.4~1.5mm之间可调，激光熔覆层的硬度大于50HRC，激光熔覆层经300小时中性盐雾实验后腐蚀面积在0.1-0.25%。一种基于本专利技术所述的铁基合金粉末进行的激光熔覆方法，所述激光熔覆方法包括以下步骤：步骤一、进行待熔覆工件的表面处理；步骤二、取预定量的所述铁基合金粉末至加热炉中进行加热烘干；步骤三、利用激光器的输出激光照射所述铁基合金粉末以在待熔覆工件表面形成激光熔覆层；步骤四、进行激光熔覆层的后处理。进一步的根据本专利技术所述的激光熔覆方法，其中步骤一中所述的表面处理包括表面清洗、除锈、去油和去污处理。进一步的根据本专利技术所述的激光熔覆方法，其中步骤三中，基于半导体激光器和所述铁基合金粉末进行激光熔覆，控制激光熔覆参数为：激光功率为4000W~10000W，输出激光在工件表面的光斑尺寸为长15~20mm、宽3mm，激光熔覆速率为500mm~800mm/min，激光熔覆搭接率为50%，送粉速率为40g~80g/min，激光熔覆层厚度为0.4~1.5mm，优选的在1.0mm~1.5mm。进一步的根据本专利技术所述的激光熔覆方法，其中步骤四中，通过机械加工对激光熔覆层进行后处理，后处理后激光熔覆层的厚度控制在0.4~0.6mm。进一步的根据本专利技术所述的激光熔覆方法，其中所述的待熔覆工件为液压支架油缸，经检测所述激光熔覆层的硬度大于50HRC，激光熔覆层经300小时中性盐雾实验后腐蚀面积在0.1-0.25%。通过本专利技术的技术方案能够达到以下技术效果：（1）本专利技术在激光熔覆铁基合金粉末中同时加入微量的Mn、Nb、N、Cu和B元素，使得各元素相互作用并能够充分发挥各自功效，加速高温变形后能应变诱导Nb(C、N)的析出，明显地稳定了奥氏体中的位错结构，阻止了新相组织的进一步长大，在相变过程中大幅度提高了位错密度，从而使熔覆层具有非常高的强韧性，加入N是为了充分发挥V的沉淀强化和晶粒细化效果，显著改善了激光熔覆表面的强韧性，新加入各元素的协同作用使得激光熔覆铁基合金粉末中Cr元素的含量可以适当降低，最低可降低至14.61%而并不影响激光熔覆铁基合金粉末整体熔覆效果，尤其是通过各新入元素的协同作用与功效平衡，使得降低Cr含量后的铁基合金粉末仍然能够保持较好的强度、硬度、韧性和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光熔覆的铁基合金粉末，其特征在于，所述铁基合金粉末由C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、N、Cu、B和Fe组成，且各组份的质量百分比含量为：/nC：0.1%～0.18%；/nSi：0.95%～1.07%；/nMn：0.2045%～0.31%；/nCr：14.61%～16.242%；/nNi：2.51%～3.03%；/nMo：0.3%～0.41%；/nV：0.075%～0.12%；/nNb：0.2%～0.23%；/nN：0.045%～0.08%；/nCu：0.04%～0.08%；/nB：0.4%～0.4998%；/n其余为Fe。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于激光熔覆的铁基合金粉末，其特征在于，所述铁基合金粉末由C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、N、Cu、B和Fe组成，且各组份的质量百分比含量为：
C：0.1%～0.18%；
Si：0.95%～1.07%；
Mn：0.2045%～0.31%；
Cr：14.61%～16.242%；
Ni：2.51%～3.03%；
Mo：0.3%～0.41%；
V：0.075%～0.12%；
Nb：0.2%～0.23%；
N：0.045%～0.08%；
Cu：0.04%～0.08%；
B：0.4%～0.4998%；
其余为Fe。


2.根据权利要求1所述的铁基合金粉末，其特征在于，其中各组份的质量百分比含量为：
C：0.18%；
Si：1.055%；
Mn：0.2045%；
Cr：16.242%；
Ni：2.865%；
Mo：0.395%；
V：0.075%；
Nb：0.206%；
N：0.045%；
Cu：0.08%；
B：0.4998%；
其余为Fe。


3.根据权利要求1所述的铁基合金粉末，其特征在于，其中各组份的质量百分比含量为：
C：0.15%；
Si：0.95%；
Mn：0.31%；
Cr：14.61%；
Ni：2.51%；
Mo：0.3%；
V：0.08%；
Nb：0.2%；
N：0.08%；
Cu：0.05%；
B：0.4%；
其余为Fe。


4.根据权利要求1所述的铁基合金粉末，其特征在于，其中各组份的质量百分比含量为：
C：0.1%；
Si：1.07%；
Mn：0.24%；
Cr：16.13%；
Ni：3.03%；
Mo：0.41%；
V：0.12%；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴群英，郭佐宁，乔少波，习晓，马晓燕，王宏科，夏护国，李玉良，项榆，张飘飘，
申请(专利权)人：陕西陕北矿业有限责任公司，陕煤集团神南产业发展有限公司，陕西天元智能再制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61