一种铁基合金粉末、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种铁基合金粉末，其化学成分的质量百分比为：12.5～14.5％C r、4.0～6.6％Ni、4.0～5.5％Co、2.5～4.5％Mo、0.6～1.2％Si、0.3～0.5％Mn、0.05～0.08％N，余量为Fe及不可避免的杂质；杂质元素中C、P、S元素含量均不超过0.03％，O元素含量不超过0.01％。本发明专利技术同时公开了铁基合金粉末的制备方法，其包括如下步骤：(1)配料和装料；(2)抽真空；(3)气体置换；(4)惰性气体保护熔炼；(5)惰性气体雾化；(6)筛分。本发明专利技术铁基合金粉末材料同时具备良好的耐冷热疲劳性能和中等的耐磨损性能即得到塑性和硬度的最佳匹配，从而满足生产的需要。要。要。

【技术实现步骤摘要】
一种铁基合金粉末、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及金属材料领域，具体涉及一种铁基合金粉末、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]激光熔覆是利用激光作为热源，将同步送进或者预置的材料与基体表面同时熔化，并快速凝固形成具有特殊性能(耐磨、耐腐、耐高温等)和结构的涂层。激光熔覆因其本身特性具有热输入小、稀释率低、变形小且与基体冶金结合等优点，在表面改性和修复再制造方面得到广泛应用。
[0003]目前，激光熔覆所使用的粉末材料往往只具备一方面的优异性能，比如耐磨损或者耐冲击，而很少具备优良的综合性能。尤其是像耐冷热疲劳和耐磨损这两种相互冲突的性能，同时具备则更为少见。这是由于耐冷热疲劳性能往往要求材料具备良好的塑性，而耐磨损则要求材料具备较高的硬度，因此塑性和硬度通常不可兼得。而在实际生产过程中，有很多零部件存在这方面的需求，比如钢厂连铸产线所使用的连铸辊，其所处的工况是辊面与高温钢坯直接接触、喷淋冷却水、钢坯具有一定的重量。因此，连铸辊需要具备良好的耐高温、耐冷热疲劳、耐腐蚀以及一定的耐磨损性能。
[0004]所以，研究开发具有优良的综合性能的粉末材料具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的问题是提供一种铁基合金粉末材料，它同时具备良好的耐冷热疲劳性能和中等的耐磨损性能即得到塑性和硬度的最佳匹配，从而满足生产的需要。同时，本专利技术还提供了该粉末材料的制备方法以及应用。
[0006]本专利技术一种铁基合金粉末，其化学成分的质量百分比为：12.5～14.5％C r、4.0～6.6％Ni、4.0～5.5％Co、2.5～4.5％Mo、0.6～1.2％Si、0.3～0.5％Mn、0.05～0.08％N，余量为Fe及不可避免的杂质；杂质元素中C、P、S元素含量均不超过0.03％，O元素含量不超过0.01％。
[0007]进一步地，Ni元素和Co元素两者的质量百分比为1:1～1.2:1。
[0008]进一步地，Co元素和Mo元素两者的质量百分比之和为8.0～10.0％。
[0009]进一步地，铁基合金粉末粒径范围为45
‑
106μm或53
‑
150μm或75
‑
150μm。
[0010]本专利技术铁基合金粉末的制备方法，其包括如下步骤：
[0011](1)配料和装料：按照合金元素的质量百分比进行配料，其中Cr、Ni、Co、Mo、Si、Fe元素均采用高纯单质加入，Mn元素采用微碳锰铁FeMn90C0.05加入，N元素通过氮气充填、雾化加入；加料时将钼条放置坩埚底部，镍板、钴板、铁棒紧靠坩埚壁竖直均匀排列，其余铬片、硅块、锰铁均匀撒在坩埚中间；加料底部密实，中上部宽松；
[0012](2)抽真空：开启真空泵，当真空度小于20Pa时，进行下一步操作；
[0013](3)气体置换：关闭真空泵，打开惰性气体充气阀，当加热炉的炉体压力达到5
×
104Pa时，停止充气完成第一次置换，打开熔炼坩埚和中间包的电源，以10
‑
20kW的功率开始
加热；在熔炼过程中按照上述抽真空步骤重新抽真空，气体置换步骤重复1～3次，最后一次置换完成时加热炉的炉体压力为1
×
105Pa；
[0014](4)惰性气体保护熔炼：加大熔炼坩埚电源功率，熔化过程倾动坩埚2～3次，当原料完全熔化为熔液后，熔炼坩埚保持大功率，在精炼温度下精炼8～12分钟，同时倾动坩埚2～3次，使熔液均匀化；
[0015](5)惰性气体雾化：当熔液温度达到出炉温度时，打开雾化气体调压阀，迅速调整至设定压力及流量；同时，开始倾倒熔液至中间包，熔液从中间包经其底部的雾化喷盘底部导流嘴流出，经惰性气体破碎、雾化、凝固成铁基合金粉末；
[0016](6)筛分：在粉末冷却、收集后，使用气流分级机筛分出45μm或53μm以上的粉末，并根据需要，选择不同目数的超声振动筛做进一步筛分。
[0017]进一步地，步骤(3)和步骤(5)中惰性气体均为纯度大于99.999％的高纯氮气；步骤(3)氮气压力为0.6～0.8MPa，步骤(5)雾化所用氮气压力为2.2～2.5MPa，流量为1200～1700标方/小时。
[0018]进一步地，步骤(4)中精炼温度为1500～1530℃，出炉温度为1590～1620℃。
[0019]进一步地，步骤(5)中雾化喷盘为环缝与环孔复合型；导流嘴直径为4.5～5.5mm。
[0020]本专利技术一种铁基合金粉末的应用，将上述的基合金粉末激光熔覆在基体表面形成涂层，涂层具备耐高温、耐冷热疲劳、耐腐蚀、中等耐磨损性能：涂层500℃下硬度不低于300HV，经800℃循环热震50次以上不开裂，中性盐雾腐蚀720h表面无缺陷，室温下硬度不低于40HRC。
[0021]其中，激光熔覆工艺参数为：光斑直径5mm、激光功率2.6
‑
3.2kW、扫描速率900
‑
1200mm/min、送粉量42
‑
50g/min、搭接率40
‑
50％。
[0022]本专利技术铁基合金粉末材料的原理及效果如下：一、铁基合金粉末中加入12.5～14.5％Cr元素，主要是提高其耐腐蚀性能：当钢中Cr元素含量超过10.5％时，其表面会生成一层致密、连续、完整的钝化膜，使之耐蚀性显著提高，但是当Cr元素含量逐渐增加时，其硬度会逐渐降低；因此，为了确保铁基合金兼具耐腐蚀和较高硬度，经过大量试验，得到最优的Cr元素含量为12.5～14.5％；二、铁基合金中加入4.0～6.6％Ni元素，既适当提高材料的强度和硬度，又使其塑韧性保持在较高水平：Ni是一种奥氏体形成元素，当钢中含有一定量Ni元素时，可提高钢的淬火转变马氏体能力，进而提高其硬度，但当Ni元素含量继续增加时，残余奥氏体会逐渐增加，其硬度又会降低，塑性会提高；因此，为了获得塑性与硬度的最佳组合，经过大量试验，得到质量分数为4.0～6.6％的Ni元素综合性能最优；三、铁基合金中加入4.0～5.5％Co元素和2.5～4.5％Mo元素，主要是为了在不显著降低合金塑韧性的同时显著提高合金的硬度和耐磨损性能：Co元素和Mo元素单独加入均能形成固溶强化，而当两者复合加入时还会促使明显的二次硬化发生，形成了特殊的金属间化合物沉淀强化；同时，Co和Mo的加入对于合金塑性的降低并不明显，并且经过大量试验研究发现，当Co元素和Mo元素质量百分比之和为8.0～10.0％时，效果最佳；四、铁基合金要获得良好的耐冷热疲劳性能和中等的耐磨损性能组合，就需要获得塑性和硬度的最佳匹配：铁基合金中Ni元素和Co元素质量百分比的比值为1:1～1.2:1时，可确保具有优异的耐冷热疲劳性能，同时又具有一定的耐磨损性能；五、铁基合金中含有0.6～1.2％Si元素，主要是起到脱氧、造渣的作用，并且也可以提高合金的硬度和抗氧化性能；六、铁基合金中含有0.3～0.5％Mn元素，
一方面起到脱氧的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁基合金粉末，其特征是：其化学成分的质量百分比为：12.5～14.5％Cr、4.0～6.6％Ni、4.0～5.5％Co、2.5～4.5％Mo、0.6～1.2％Si、0.3～0.5％Mn、0.05～0.08％N，余量为Fe及不可避免的杂质；杂质元素中C、P、S元素含量均不超过0.03％，O元素含量不超过0.01％。2.根据权利要求1所述的铁基合金粉末，其特征是：Ni元素和Co元素两者的质量百分比为1:1～1.2:1。3.根据权利要求1所述的铁基合金粉末，其特征是：Co元素和Mo元素两者的质量百分比之和为8.0～10.0％。4.根据权利要求1所述的铁基合金粉末，其特征是：铁基合金粉末粒径范围为45
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106μm或53
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150μm或75
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150μm。5.权利要求1
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4任一所述铁基合金粉末的制备方法，其包括如下步骤：(1)配料和装料：按照合金元素的质量百分比进行配料，其中Cr、Ni、Co、Mo、Si、Fe元素均采用高纯单质加入，Mn元素采用微碳锰铁FeMn90C0.05加入，N元素通过氮气充填、雾化加入；加料时将钼条放置坩埚底部，镍板、钴板、铁棒紧靠坩埚壁竖直均匀排列，其余铬片、硅块、锰铁均匀撒在坩埚中间；加料底部密实，中上部宽松；(2)抽真空：开启真空泵，当真空度小于20Pa时，进行下一步操作；(3)气体置换：关闭真空泵，打开惰性气体充气阀，当加热炉的炉体压力达到5
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104Pa时，停止充气完成第一次置换，打开熔炼坩埚和中间包的电源，以10
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20kW的功率开始加热；在熔炼过程中按照上述抽真空步骤重新抽真空，气体置换步骤重复1～3次，最后一次置换完成时加热炉的炉体压力为1
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105Pa；(4)惰性气体保护熔炼：...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄家佳，董振启，黄东保，国竹节，吴冠楠，
申请(专利权)人：泰尔安徽工业科技服务有限公司，
类型：发明
国别省市：