CN106555127A - 一种用于激光制造高速铁路道岔台板的铁基合金粉末 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于高速铁路道岔台板的铁基合金粉末，其特点是铁基合金粉末各组分的质量百分数为：C：1.0~1.2%；Cr：12~15%；W：3~4.8%；Ti：1~2%；Ni：4~6%；B：2.1~4.1%；Si：0.2~0.3%；Y2O3：0.1~0.15%；Hf：0.12~0.19%；Fe：余量。本发明通过调整各元素间成分的配比，解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了高速铁路道岔台板对熔覆层耐蚀、耐磨、耐疲劳等的综合性能要求。

Description

一种用于激光制造高速铁路道岔台板的铁基合金粉末
技术领域
本发明涉及一种适合于激光熔覆的合金粉末材料,特别是涉及一种用于激光制造高速铁路道岔台板的铁基合金粉末。
背景技术
高速铁路建设是我国启动内需大力发展的重大项目和重大工程。道岔台板是250公里以上高速铁路客运专线建设中的重要零部件，高速铁路建设对台板的耐磨性和抗蚀性能都提出了严格要求。
目前国际上高速铁路建设方面主流生产商为法国阿尔斯通公司，台板通常采用整体不锈钢制造或低碳钢电镀硬铬涂层制造，美国、日本及西欧等经济发达地区高速铁路网建设已基本完成，但世界其他地区则仍有巨大的发展空间。
国内往往采用电镀、电刷镀技术，但是传统的电镀、电刷镀技术由于镀层与台板基体结合力差易于引起镀层剥落，不能很好满足高速铁路长寿命、安全可靠的技术要求。
因此，选择适当的方法，保证高速铁路道岔台板的性能，提高台板的使用寿命，是当前亟待解决的课题。
激光熔覆修复技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。激光熔覆层与基体为冶金结合,结合强度不低于原基体材料的90%。激光加工过程中台板表面温升不超过80℃，激光加工后无热变形。涂层组织均匀细化和致密，硬度和抗蚀性高，耐磨性好；涂层与基体结合力强，不易剥落，可以使台板寿命显著提高。
激光熔覆作为一种先进的制造与再制造技术，随着激光器功率和稳定性的不断提高，得到了迅速推广和广泛应用。激光熔覆是在金属表面获得与基体牢固冶金结合，且无气孔、裂纹等缺陷的高性能表面覆层的先进再制造技术，它可以将高熔点的合金材料熔覆在低熔点的基材表面，也可以在低成本基材上制备出高性能的表面涂层，以取代大量高级、高性能的整体材料，节约贵重金属，降低零部件成本。激光熔覆解决了许多常规方法很难加工或无法加工的问题，为产品再制造提供了一种技术独特、先进有效的方法。
但是，目前市场上激光熔覆专用的合金粉末并不多见，而喷焊、喷涂等传统工艺所使用的合金粉末，是按不同比例加以调配，并以机械混粉的形式配制所需的各种镍基、钴基、铁基合金粉末。这些混合合金粉末存在诸如混合不均匀、颗粒度差异大、熔点不同、成分偏差、膨胀系数不同等问题，导致在实际熔覆中无法控制裂纹、气孔、偏析、性能不稳、不易机加等缺陷。
一些用于激光熔覆的合金粉末虽能在特定的设备部件上取得一定的技术效果，但由于具有自身工艺特征，还不能满足和适用于其它特定基材激光熔覆的工艺要求，特别是不能满足合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性的同时还要满足对熔覆层的耐蚀耐磨性能的要求。
因此，研究开发出新的具有耐磨耐蚀能力的、性能稳定的激光熔覆用铁基合金粉末，是所述技术领域里的重大课题，经本申请人检索查证：国内外尚无这方面的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有耐磨耐蚀能力的、性能稳定的特定激光熔覆用铁基合金粉末，以用于采用激光熔覆的方法制造耐磨耐蚀涂层。这种合金粉末的特点在于铁基合金涂层与基体成分接近，界面结合牢固，通过提高碳含量，可以与其他合金元素铬、钨形成一定体积的碳化铬、碳化钨硬质相，增强涂层的耐磨性能，镍的加入可以大幅度提高熔覆层的耐蚀性能，还能够细化晶粒，提高熔覆层的强度，在粉末中加入适量的硼和硅使粉末具有一定的自脱氧、造渣能力，提高液态金属的润湿能力，通过至少添加微量稀土元素Y2O3和Hf元素中的一种进行基体晶界强化，通过加入二硼化钛，在提高硬度增加耐磨性的同时还可以细化晶粒，从而解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了铁路道岔台板对熔覆层耐蚀、耐磨、耐疲劳等的综合性能要求。
本发明给出的技术方案是：这种用于高速铁路道岔台板的铁基合金粉末，其中各组分的质量百分数为。
C：1.0~1.2%；Cr：12~15%； W：3~4.8%；Ti：1~2%； Ni：4~6%；B：2.1~4.1%；Si：0.2~0.3%；Y2O3：0.1~0.15%；Hf：0.12~0.19%；Fe：余量。
本发明给出的这种优选的铁基合金粉末各组分的质量百分数为：
C：1.15%；Cr：13.2%； W：4.5%；Ti：1.3%； Ni：5.1%；B：3.0%；Si：0.22%；Y2O3：0.13%；Hf：0.17%；Fe：余量。
本发明给出的这种优选的铁基合金粉末各组分的质量百分数为。
C：1.17%；Cr：14.0%； W：3.9%；Ti：1.2%； Ni：5.2%；B：2.9%；Si：0.25%；Y2O3：0.14%；Hf：0.13%；Fe：余量。
本发明通过大量的试验和创造性的工作，精选合金基体强化元素、晶界强化元素和弥散质点材料，并优选各组成元素的百分比含量，通过多种强化手段，强化合金基体，又改进了晶界质量，使合金获得良好的综合性能，从而实现了合金在具有适中的硬度和强度的同时，又增加了耐磨、耐蚀性能。从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了修复部件对熔覆层耐蚀、耐磨、耐疲劳等的综合性能要求。
本发明给出的具有耐磨耐蚀能力的、性能稳定的激光熔覆用铁基合金粉末是通过真空熔炼、真空气雾化、筛选等工序精心制备的，粒度是－100+270目。
本发明给出的具有耐磨耐蚀能力的、性能稳定的激光熔覆用防腐涂层铁基合金粉末，在实际熔覆操作中采用5KW CO2激光器，在高速铁路道岔台板熔覆所述粉末材料的工艺参数是：功率：3500~4000W，焦距：350~400mm，光斑直径：3~4mm，扫描速度：500~700mm/min，置粉厚度：2~2.5mm。
本发明具有耐磨耐蚀能力的、性能稳定的激光熔覆用防腐涂层铁基合金粉末材料，专用于高速铁路道岔台板激光熔覆耐磨耐蚀涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：铁基合金涂层与基体成分接近，界面结合牢固，通过提高碳含量，可以与其他合金元素铬、钨形成一定体积的碳化铬、碳化钨硬质相，增强涂层的耐磨性能，镍的加入可以大幅度提高熔覆层的耐蚀性能，还能够细化晶粒，提高熔覆层的强度，在粉末中加入适量的硼和硅使粉末具有一定的自脱氧、造渣能力，提高液态金属的润湿能力，通过至少添加微量稀土元素Y2O3和Hf元素中的一种进行基体晶界强化，通过加入二硼化钛，在提高硬度增加耐磨性的同时还可以细化晶粒，从而解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了高速铁路道岔台板对熔覆层耐蚀、耐磨、耐疲劳等的综合性能要求。
具体实施方式
实施例1。
用5KW CO2激光器，对高速铁路道岔台板进行激光熔覆。设计的铁基合金粉末合金元素的质量百分数是。
C：1.15%；Cr：13.2%； W：4.5%；Ti：1.3%； Ni：5.1%；B：3.0%；Si：0.22%；Y2O3：0.13%；Hf：0.17%；Fe：余量。
其熔覆工艺参数是：功率： 4000W，焦距： 400mm，光斑直径： 4mm，扫描速度：600mm/min，置粉厚度： 2.5mm。
取得的效果：采用激光熔覆制造的道岔台板，可使其综合性能提高一倍以上，优于新品。
实施例2。
用5KW CO2激光器，对高速铁路道岔台板进行激光熔覆。设计的铁基合金粉末合金元素的质量百分数是。
C：1.17%；Cr：14.0%； W：3.9%；Ti：1.2%； Ni：5.2%；B：2.9%；Si：0.25%；Y2O3：0.14%；Hf：0.13%；Fe：余量。
其熔覆工艺参数是：功率： 4000W，焦距： 400mm，光斑直径： 4mm，扫描速度：600mm/min，置粉厚度： 2.5mm。
取得的效果：采用激光熔覆制造的道岔台板，可使其综合性能提高一倍以上，优于新品。

Claims (3)

1.一种用于高速铁路道岔台板的铁基合金粉末，其特征在于铁基合金粉末各组分的质量百分数为：
C：1.0~1.2%；Cr：12~15%； W：3~4.8%；Ti：1~2%； Ni：4~6%；B：2.1~4.1%；Si：0.2~0.3%；Y2O3：0.1~0.15%；Hf：0.12~0.19%；Fe：余量。
2.根据权利要求1所述用于高速铁路道岔台板的铁基合金粉末，其特征在于铁基合金粉末各组分的质量百分数为：
C：1.15%；Cr：13.2%； W：4.5%；Ti：1.3%； Ni：5.1%；B：3.0%；Si：0.22%；Y2O3：0.13%；Hf：0.17%；Fe：余量。
3.根据权利要求1所述用于高速铁路道岔台板的铁基合金粉末，其特征在于铁基合金粉末各组分的质量百分数为：
C：1.17%；Cr：14.0%； W：3.9%；Ti：1.2%； Ni：5.2%；B：2.9%；Si：0.25%；Y2O3：0.14%；Hf：0.13%；Fe：余量。
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