CN115233220A - 一种用于激光熔覆碳、硼共同强化的耐磨材料 - Google Patents
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Abstract
本发明专利属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种用于激光熔覆碳、硼共同强化的耐磨材料。本发明公开一种耐磨激光熔覆材料，所述耐磨激光熔覆材料按照质量百分比如下组成：C：1.95%‑3.45%，B：1.95%‑3.45%，V：5.8%‑12%，Nb：1.5%‑12%，Mo：0.5%‑3.5%：Cr：11%‑15%，Ni：2%‑10%，Ti：0.2%‑1.8%，Y：0.2%‑0.8%，Fe余量。以及公开了使用此材料进行金属表面耐磨涂层制备。通过激光将激光熔覆粉末熔覆在金属基材的表面，可以使熔覆后的部件表面具有抗冲击性、抗氧化性和耐磨性。
Description
技术领域
本发明专利属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种用于激光熔覆碳、硼共同强化的耐磨材料。
背景技术
磨损是材料损伤的三大原因之一，是机械装备失效的重要方式。随着我国工业的快速发展对耐磨材料的消耗量也迅速增加，导致耐磨材料成为制造业重要的消耗材料。耐磨材料广泛应用于机械、冶金、电力、建材、国防、船舶、铁道、煤炭、化工等领域，典型产品如挖掘机、破碎机、球磨机等设备中的斗齿、磨球、衬板，磨煤机中的磨环、冲击板，渣浆泵过流件等。现有解决磨损方法为采用堆焊和铸造成型方式，这种方式对耐磨性的提高有限，不仅面临脆性大疲劳性差的问题，还缺乏灵活性和材料的浪费。
耐磨材料的发展以冲击硬化高锰钢向（Cr，Fe）C型碳化物硬化的高铬铸铁发展，耐磨硬质相碳化物以共晶网状分布在晶界，硬质相体积增加提高耐磨性会出现碳化物粗大连续网状分布，导致韧性下降易出现脱落问题；为优化碳化物的形态发展出高速钢，高速钢提高合金含量，但为提高耐磨性同样有碳化物形态恶化的问题；发展出高钒高速钢，采用初生MC的方式优化碳化物形态，但均出现随着硬质相体积比增加硬质相聚集长大恶化韧性的问题。
如何提高部件表面耐磨性，且根据使用需要灵活设计耐磨部位是机械装备的共性需要，因此，亟需设计一种采用新的耐磨材料来解决上述问题。
发明内容
本发明目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出采用激光熔覆技术进行部件表面耐磨材料的复合制造解决了部件表面耐磨性技术难题，同时具有抗冲击性能。
本发明采用超高速熔覆多层工艺方式获得最大的冷却速度，已获得设计材料的理论力学性能，且熔覆表面平整近成品加工余量小。超高速激光熔覆通过同步送粉添料方式，利用高能密度激光使材料与高速运动的基体表面同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低，与基体冶金结合的熔覆层，极大提高熔覆速率，显著改善基体材料表面的耐磨、抗氧化特性。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种耐磨激光熔覆粉末，所述耐磨激光熔覆粉末按照质量百分比如下组成：C：1.95%-3.45%，B：1.95%-3.45%，V：5.8%-12%，Nb：1.5%-12%：，Mo：0.5%-3.5%：Cr：11%-15%，Ni：2%-10%，Ti：0.2%-1.8%，Y：0.2%-0.8%，Fe余量。
一种金属表面耐磨涂层制备方法，主要操作步骤如下：
（1）、对需进行表面涂层的金属基材进行前处理，主要包括表面打磨、除锈以及除油处理，150-200℃的条件下，干燥0.5h-2h小时，烘干后进行筛分；
（2）、按照相应比例称量合理的各组分激光熔覆粉末备用，粉末比例为C：1.95%-3.45%，B：1.95%-3.45%，V：5.8%-12%，Nb：1.5%-12%：，Mo：0.5%-3.5%：Cr：11%-15%，Ni：2%-10%，Ti：0.2%-1.8%，Y：0.2%-0.8%，Fe余量；
（3）、利用激光将激光熔覆粉末熔覆在金属基材的表面，其中，波长：1060nm，圆光斑直径为0.8mm-2.4mm；功率：2000W-6000W，扫描速度：20m/min-50m/min，搭接率：60%-70%，送粉速度：98g/min-355g/min；采用高纯氩气作为保护气，气体流量为10-20L/min，熔覆稀释率＜5%，进行1层-4层熔覆；
（4）、金属基材经过激光熔覆后进行热处理。
进一步的，上述步骤（4）中热处理方法为将经过激光熔覆的金属基材升温至560℃，保温4小时，降温至30度，维持半小时，再次升温至560℃，保温4小时，降温至室温。
本发明同现有技术相比具有以下优点和效果。
本发明耐磨材料采用钒、铌两种与碳亲和力高的元素共同参与，提高初生MC的体积比；结合硼化物的共同非共格析出，最大程度减轻硬质相对基体组织的切割，保持基体组织的连续性获得最佳的韧性；添加足够形成铬氧化膜的铬元素，且利用碳和钒、铌的亲和力，保持铬最大含量固溶在组织内，使耐磨材料获得在室温、中温良好的抗氧化性和高温下稳定的氧化；一定含量镍提高奥氏体稳定性，通过快速凝固获得残余奥氏体的含量增加实现无裂纹的熔覆，高韧性的一次凝固组织再结合后热处理工艺达到最佳耐磨性；同时添加钛及稀土元素钇净化熔池的氧，避免出现气孔、细化晶粒同时保证材料获得无裂纹、低缺陷的熔覆层。
附图说明
图1为实施案例1耐磨材料组织形貌。
图2为实施案例2耐磨材料组织形貌。
具体实施例
实施案例1。
优选材料的元素质量百分比为：C：1.95%，B：1.95%，V：12%，Nb：1.5%：，Mo：3.5%：Cr：11%，Ni：2%，Ti：0.2%，Y：0.2%，Fe余量。在基体材料35CrMo、直径为300mm棒材上进行激光熔覆，其中35CrMo为调质态调质硬度为HRC35，首先对35CrMo棒材表面进行除锈清洗，获得干净的Ra3.6的待熔覆表面，将耐磨材料准进行150℃*2h的烘干处理，烘干后进行筛分确保材料的流动性。采用激光波长为1060nm，光斑为直径为0.8mm圆光斑，功率：2000W，扫描速度：20m/min，搭接率：60%，送粉速度：98g/min；采用高纯氩气作为保护气，气体流量为10L/min，进行4层熔覆。获得具有碳硼多形态弥散硬质相的耐磨材料，熔覆后进行热处理，将经过激光熔覆的金属基材升温至560℃，保温4小时，降温至30度，维持半小时，再次升温至560℃，保温4小时，降温至室温。经过热处理后材料的组织形态如图1所示，组织有块状的碳化物和细片层的硼化物共同硬化，材料的硬度为HRC62-64。
实施案例2。
优选材料的元素质量百分比为：C：3.45%，B：3.45%，V：5.8%，Nb：12%：，Mo：0.5%：Cr：15%，Ni：10%，Ti：1.8%，Y：0.8%，Fe余量。在基体材料45钢、直径为400mm棒材上进行激光熔覆，其中45为退火态，首先45棒材表面进行除锈清洗，获得干净的Ra3.6的待熔覆表面，将耐磨材料准进行200℃*0.5h的烘干处理，烘干后进行筛分确保材料的流动性。采用激光波长为1060nm，光斑为直径为2.4mm圆光斑，功率：6000W，扫描速度：50m/min，搭接率：70%，送粉速度：355g/min；采用高纯氩气作为保护气，气体流量为20L/min，进行1层熔覆。获得具有碳硼多形态弥散硬质相的耐磨材料进行热处理，热处理条件将经过激光熔覆的金属基材升温至560℃，保温4小时，降温至30度，维持半小时，再次升温至560℃，保温4小时，降温至室温。材料的组织形态如图2所示，组织有颗粒状的碳化物和细小的硼化物共同强化，均匀弥散，材料的硬度为HRC63-66。
Claims (3)
1.一种耐磨激光熔覆材料，其特征在于，所述耐磨激光熔覆材料按照质量百分比如下组成：C：1.95%-3.45%，B：1.95%-3.45%，V：5.8%-12%，Nb：1.5%-12%：，Mo：0.5%-3.5%：Cr：11%-15%，Ni：2%-10%，Ti：0.2%-1.8%，Y：0.2%-0.8%，Fe余量。
2.一种金属表面耐磨涂层制备方法，其特征在于，主要操作步骤如下：
（1）、对需进行表面涂层的金属基材进行前处理，包括表面打磨、除锈以及除油处理，150-200℃摄氏度的条件下，干燥0.5h-2h小时，烘干后进行筛分 ；
（2）、按照比例称量合理的各组分激光熔覆粉末备用；
（3）、利用激光将激光熔覆粉末熔覆在金属基材的表面，其中，波长：1060纳米，圆光斑直径为0.8mm-2.4mm；功率：2000W-6000W，扫描速度：20m/min-50m/min，搭接率：60%-70%，送粉速度：98g/min-355g/min；采用高纯氩气作为保护气，气体流量为10-20L/min，熔覆稀释率＜5%，进行1层-4层熔覆；
（4）、金属基材经过激光熔覆后进行热处理。
3.根据权利要求2所述的一种金属表面耐磨涂层制备方法，其特征在于，步骤4)中热处理方法为将经过激光熔覆的金属基材升温至560℃，保温4小时，降温至30度，维持半小时，再次升温至560℃，保温4小时，降温至室温。
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- 2022-08-04 CN CN202210933283.XA patent/CN115233220B/zh active Active
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