一种铁基合金激光熔覆粉末的制造及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种激光熔覆粉末的设计制造方法及使用方法，设计制造方法包括配制Fe-Mn-Si记忆合金粉末并倒入球磨机中进行粉混合。使用方法包括熔覆前的真空干燥处理、将熔覆粉末预置于基材上、用激光功率为1.5～3kW、扫描速度为400～1000mm/min、光斑直径为3mm的激光进行熔覆。本发明专利技术铁基激光熔覆材料利用Fe-Mn-Si记忆合金激光熔覆层的应力诱发马氏体相变及其变形协调来消除熔覆层残余应力和提高熔覆层疲劳强度，不需增加额外工序即可有效消除熔覆层残余应力并有效的提高熔覆层疲劳强度。铁基合金激光熔覆粉末制备工艺简单，适于批量化生产。具有耐磨性好、残余应力低、疲劳强度高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及激光熔覆技术，特别是。
技术介绍
激光熔覆是指通过不同的添料方式将所选择的涂层材料放置在被涂覆基体表面， 经高能密度激光束辐照，使之与基体表面薄层同时熔化，并快速凝固形成稀释率极低，且与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善金属表面性能的工艺方法。目前利用工业上常用的铁基合金熔覆粉末所得的激光熔覆层能够具有较高的硬度、耐磨性，然而在快速融化和凝固过程中，熔覆层由于热收缩的原因会产生残余拉伸应力，使熔覆层疲劳强度下降，甚至产生微观及宏观裂纹。目前降低熔覆层残余应力的主要方法有减小温度梯度、在熔覆材料中加入增塑、增韧元素、超声波振动等，但这些方法均需要增加额外工序，大大增加了成本，而且这些方法也不能完全阻止裂纹的产生，缺乏相应的理论突破。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术目的在于提供一种不需增加额外工序即可有效消除熔覆层残余应力并提高熔覆层疲劳强度的铁基合金激光熔覆粉末及其使用方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案包括一种铁基合金激光熔覆粉末的设计制造方法和一种铁基合金激光熔覆粉末使用方法。一种激光熔覆粉末的设计制造方法，包括以下步骤A、配制粉末铁基激光熔覆粉末配方是以构建激光熔覆层为Fe-Mn-Si记忆合金成分组成的方法配制的，即按以下质量百分比配制铁基合金激光熔覆粉末Mn粉:15% 25%Si粉2% 10% ；Cr 粉:1% 13%;Ni 粉:1% 12% ；V粉:O 2% ；·Nb粉0 2% ；Ti粉0 2% ；Zr粉0 2% ；稀土0 3% ；石英0 5% ；木粉0 3% ；淀粉0 5% ；其余为纯铁Fe粉末或含C O. 1% O. 4%低碳钢粉末；上述粉末的纯度均为分析纯；B、粉末混合将上述粉末称量后倒入球磨机中干磨2 8h，使混合粉末的目粒度控制在120 320目之间。一种铁基合金激光熔覆粉末的使用方法，包括以下步骤A、在熔覆前对熔覆粉末进行温度为150°C、时间为2h的真空干燥处理；B、用水玻璃作为粘结剂将熔覆粉末预置于基材上，预置厚度控制在I 2_ ;C、用激光功率为1. 5 3kW、扫描速度为400 1000mm/min、光斑直径为3mm的激光进行熔覆。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果1、本专利技术铁基激光熔覆材料利用Fe-Mn-Si记忆合金激光熔覆层的应力诱发 Y ^ ε马氏体相变及其变形协调来消除熔覆层残余应力和提高熔覆层疲劳强度，不需增加额外工序即可有效消除熔覆层残余应力并有效的提高熔覆层疲劳强度。2、本专利技术的铁基合金激光熔覆粉末制备工艺简单，适于批量工业化生产。3、本专利技术的铁基合金激光熔覆粉末所得到的熔覆层表面平整、光亮，无孔洞、裂纹等缺陷，熔覆层综合力学性能优异，尤其是具有耐磨性好、残余应力低、疲劳强度高的特点。附图说明本专利技术共有附图4张，其中图1是在50kg压力下Fe-17Mn-5S1-10Cr-4Ni合金油磨585min后的磨痕图。图2是lCrl8Ni9Ti不锈钢油磨15min后的磨痕图。图3是本专利技术熔覆层的金相图。图4是本专利技术熔覆层的X射线衍射谱。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术及有益效果进行进一步地描述。由于本专利技术采用 Fe-Mn-Si记忆合金粉末作为激光熔覆粉末，Fe-Mn-Si记忆合金熔覆层降低焊缝残余应力的机理是熔覆层的残余拉伸应力可使合金诱发Y — ε马氏体相变，其相变变形(膨胀)将松弛熔覆层的残余拉伸应力，使其降低到屈服强度之下(因为诱发相变驱动力低于屈服强度)；Fe-Mn-Si记忆合金熔覆层提高熔覆层疲劳强度的方法是基于其“应力自适应特性”，即合金受到外界应力作用时，可通过应力诱发ε马氏体正逆相变及其贡献的相变变形来适应外界宏观应力和变形的变化。Fe-Mn-Si记忆合金的应力“自适应特性”可以大大改善其力学性能。主要表现在如下两个方面1、优良的应变疲劳强度Fe-Mn-Si记忆合金在`机械力驱动下发生Shockley不全位错的择向迁动时， 即产生Y ο ε马氏体相变变形时，不会像全位错塑性滑移变形那样破坏晶体结构。因此，Fe-Mn-Si记忆合金在相变变形的应变水平内(ε〈3%)，具有更高的疲劳强度。例如， Fe-17Mn-5S1-10Cr-4Ni合金在拉压应变幅值±1. 5%下的循环应变疲劳寿命高达1300多次，而在同样试验条件下，70Mn轨钢和不锈钢的低周疲劳寿命分别为110次和130次。2、良好的耐磨性和较高表面接触疲劳强度Fe-Mn-Si记忆合金在摩擦磨损过程中，通过摩擦应力诱发马氏体相变引起的“相变强化作用”和“相变变形”，可以显著提高其表面接触疲劳强度和耐磨损能力。图1、图2 直观地表现了 Fe-17Mn-5S1-10Cr-4Ni合金和lCrl8Ni9Ti不锈钢耐磨性的优劣。本专利技术的实施实例是在AISI304不锈钢表面制造Fe-Mn-Si记忆合金激光熔覆涂层，具体步骤如下。A、粉末配比按照设计选用分析纯铁粉、镍粉、锰粉、硅粉、铬粉、钒粉等材料，为改善粉末及熔覆层性能，适当加入稀土、石英、木粉、淀粉等材料。配料成分质量百分比这以下三种之一1#配方锰粉17%，硅粉5%，铬粉10%，镍粉5%，钒粉0. 5%，石英2%，木粉2.5%，淀粉3%，除去杂质后其余成分为纯铁粉；2# 配方=Mn 粉15%，Si 粉3%，Cr 粉9%，Ni 粉4%，Nb 粉1%，石英2%，其余为含 C量O. 2%低碳钢粉末；3# 配方=Mn 粉:20%，Si 粉5%，Cr 粉10%, Ni 粉4%，Ti 粉0. 5%，木粉1%，淀粉 1%，其余为纯铁Fe粉末。B、球磨将配比好的粉末倒入球磨机中，球磨时间过长或过短均不能保证粉末既能混合均匀、又具有良好的流动性、目粒度。试验表明当球磨时间为2 8h时混合粉末性能优异。C、激光熔覆在熔覆前需对熔覆粉末进行150°C、2h真空干燥处理，再用水玻璃作为粘结剂将粉末预置于基材上，预置厚度控制在I 2mm，熔覆时激光功率为1. 5 3kW ，扫描速度为 400 1000mm/min,光斑直径为3mm。图3是本专利技术Fe-Mn-Si记忆合金激光熔覆层的金相图。图4是本专利技术Fe-Mn-Si 记忆合金激光熔覆层的X射线衍射谱。由图4可见，Fe-Mn-Si记忆合金激光熔覆层中存在 ε马氏体相变，表明熔覆层在残余应力作用下发生了应力诱发ε马氏体，相变变形可松弛激光熔覆层的残余应力。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光熔覆粉末的设计制造方法，其特征在于：包括以下步骤：A、配制粉末铁基激光熔覆粉末配方是以构建激光熔覆层为Fe?Mn?Si记忆合金成分组成的方法配制的，即按以下质量百分比配制铁基合金激光熔覆粉末：Mn粉：15%～25%；Si粉：2%～10%；Cr粉：1%～13%;Ni粉：1%～12%；V粉：0～2%；Nb粉：0～2%；Ti粉：0～2%；Zr粉：0～2%；稀土：0～3%；石英：0～5%；木粉：0～3%；淀粉：0～5%；其余为纯铁Fe粉末或含Ｃ0.1%～0.4%低碳钢粉末；上述粉末的纯度均为分析纯；B、粉末混合将上述粉末称量后倒入球磨机中干磨2～8h，使混合粉末的目粒度控制在120～320目之间。

【技术特征摘要】
1.一种激光熔覆粉末的设计制造方法，其特征在于包括以下步骤A、配制粉末铁基激光熔覆粉末配方是以构建激光熔覆层为Fe-Mn-Si记忆合金成分组成的方法配制的，即按以下质量百分比配制铁基合金激光熔覆粉末15%' 25%2% '10% ；1% '13%;1% '12% ；V粉0 2% ；Nb 粉0 2% ；Ti 粉0 2% ；Zr 粉0 2% ；稀土 0 3% ；石英0 5% ;木粉0 3% ；淀粉0 5% ；其余为纯铁Fe粉末或含C O. 1% O...

【专利技术属性】
技术研发人员：林成新，刘志杰，徐鹏，周超玉，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：