CN115652213A - 16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体及其制备方法 - Google Patents
16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及专用合金粉体修复领域，具体是16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体及其制备方法，其具体组成成分如下：C0.15％‑0.16％、Mn≤0.04％、Si≤0.04％、S≤0.002％,P≤0.002％,S+P≤0.003％、Cr1.8％‑1.9％、Ni10％‑10.4％、Co14％‑14.2％、Mo0.9％‑1.0％、O≤0.001％,N≤0.0010％、稀土0.008％‑0.02％，余量为铁元素，其具体步骤如下：S1、配料；S2、熔炼；S3、气雾化；S4、收集与筛粉；采用16Co14Ni10Cr2MoA材料加工试样件，在0Cr14Ni5Mo2Cu基体上激光修复优选设计的合金粉体，可以获得满足要求的抗拉强度效果，保证了飞机安全，延长了飞机使用寿命，具有很高的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及专用合金粉体修复领域，具体是16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体及其制备方法。
背景技术
超高强度高合金钢16Co14Ni10Cr2MoA是一种可用于高损伤容限设计的超高强高韧合金钢，其强化机制是基于马氏体基体高温回火析出合金碳化物强化，其抗拉强度一般≥1680MPa。由于16Co14Ni10Cr2MoA具有良好的综合力学性能，使其在飞机起落架、转接头、承力框梁等重要承力构件上具有广泛应用。然而飞机在长期服役过程中受到高频载荷极易使零部件产生疲劳失效，其危害性相当大；此外，16Co14Ni10Cr2MoA对应力较为敏感，关键部位出现应力腐蚀是非常危险的，采用传统的修复工艺积极易出现裂纹，同时还会产生超差变形。近年来，激光修复由于能量密度高，热输入量小，结晶速度快，修复层晶粒细小，修复层机械性能较好而广泛应用于航空零部件损伤修复。
16Co14Ni10Cr2MoA激光修复专用合金粉体主要指形成修复层所有的材料，要想获得高性能修复层，其修复用粉体材料的选择至关重要。根据激光修复试验可知，激光修复专用合金粉体基本要求如下：
1、具有良好的流动性、高球形度以及低氧含量；
2、粉体材料的热膨胀系数、导热性、熔点应尽可能与被修复部件材料相近，以降低合金层的残余应力；
3、具有良好的润湿性，润湿性与表面张力有关，表面张力越小，润湿角越小，液体流动性越好；
4、激光修复粉末用于修复损伤基体时，与基体具有良好的冶金相容性，且修复后接头的力学性能抗拉强度、冲击韧性一般需要达到基体母材的90％以上。
目前常用于修复16Co14Ni10Cr2MoA钢的激光修复粉体多为同材匹配，然而16Co14Ni10Cr2MoA作为一种超高强度合金钢，其在激光热循环作用下极易产生裂纹，且修复后韧性难以满足使用要求。目前国内外相关研究还未见报道，现有的同材粉末因其巨大的热裂倾向，导致修复界面存在着微裂纹等缺陷而很难保证其修复后具有优异的强韧性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体及其制备方法。
16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体，其具体组成成分如下：
C0.15％-0.16％、Mn≤0.04％、Si≤0.04％、S≤0.002％、P≤0.002％、S+P≤0.003％、Cr1.8％-1.9％、Ni10％-10.4％,Co14％-14.2％,Mo0.9％-1.0％,O≤0.001％,N≤0.0010％、稀土0.008％-0.02％，余量为铁元素。
所述的稀土元素为Y、Ce、La中至少一种，最终优选为Y。
专用粉体的流动性≤18S/50g、高球形度≥0.90。
粉末材料的热膨胀系数在(8-10)10－6·K－1、导热性在90-110W·m—1·K－1、熔点在1600-1800℃。
粉末的熔融状态润湿角≤50。
粉体的粒径分布为：筛分组成≤53μm粒径段粉末占比≤10％，53-150μm粒径段粉粉末占比≥80％，≥150μm粒径段粉末占比≤10％。
16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体的制备方法，其具体步骤如下：
S1、配料：
预处理：对各方案进行预制合金母材的预处理，包括除油、除锈类；
分析样品：先取样品对化学成分、气体含量及杂质含量进行分析，满足要求后方可进行下一步，如若不满足要求，需重新配置原料，直至满足要求；
S2、熔炼：
调整电源熔炼功率以及熔炼频率，对步骤S1配置的母材进行熔炼，得到合金溶液；
S3、气雾化：
对粉末进行雾化，雾化气体为高纯氩气，雾化完成后，制备的合金粉体通过旋风器收集于集粉罐中，集粉罐在密封状态下直接转入手套箱；
S4、收集与筛粉：
筛分：用60目的标准筛进行筛分，低于60目的粉末装入不锈钢容器中保存，整个过程均处于氩气保护环境中，保证所制备粉末的洁净度；
收集与筛分：对粉末进行收集与筛分，采用270目和100目筛网筛分得到53-150μm段粒度的粉末；
分析粉末：对筛分好的粉末进行成分分析、微观组织分析及粉末的性能测试，最终得到6种方案要求的粉末。
所述的步骤S2中的熔炼功率为：30-40KW，熔炼频率：2-3KHz。
所述的步骤S3在雾化过程中，通过控制雾化温度在1600-1800℃、雾化压力3-6MPa、气体流量18-20L/min及合金量流量0.4-0.8L/min类工艺参数控制粉末质量。
所述的步骤S4中的性能测试包括流动性、松装密度类测试。
本发明的有益效果是：采用16Co14Ni10Cr2MoA材料加工试样件，在0Cr14Ni5Mo2Cu基体上激光修复优选设计的合金粉体，可以获得满足要求的抗拉强度效果，保证了飞机安全，延长了飞机使用寿命，具有很高的经济效益。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的激光修复拉伸试样结构示意图；
图2为本发明的激光修复冲击试样主视结构示意图；
图3为本发明的激光修复冲击试样俯视结构示意图；
图4为本发明的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
实施例一：
如图1至图4所示，16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体，其具体组成成分如下：
C0.15％,Mn0.02％,Si0.02％,S0.0015％,P0.0015％,Cr1.85％％,Ni10％,Co14％,Mo0.95％,O0.001％,N0.0010％，Y0.012％，余量为铁元素。
所述的稀土元素为Y、Ce、La中至少一种，最终优选为Y。
专用粉体的流动性≤18S/50g、高球形度≥0.90。
粉末材料的热膨胀系数在(8-10)10－6·K－1、导热性在90-110W·m—1·K－1、熔点在1600-1800℃。
粉末的熔融状态润湿角≤50。
粉体的粒径分布为：筛分组成≤53μm粒径段粉末占比≤10％，53-150μm粒径段粉粉末占比≥80％，≥150μm粒径段粉末占比≤10％。
本发明得到的激光修复粉末用于16Co14Ni10Cr2MoA超强钢损伤修复，使得修复层的主要组分与16Co14Ni10Cr2MoA超高强钢基体保持一致，使其具有良好的润湿性、冶金相容性，使得修复界面具有优异的结合强度、较低的冶金缺陷和较低的稀释率。
16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体的制备方法，其具体步骤如下：
S1、配料：
预处理：对各方案进行预制合金母材的预处理，包括除油、除锈类；
分析样品：先取样品对化学成分、气体含量及杂质含量进行分析，满足要求后方可进行下一步，如若不满足要求，需重新配置原料，直至满足要求；
S2、熔炼：
调整电源熔炼功率以及熔炼频率，对步骤S1配置的母材进行熔炼，得到合金溶液；
S3、气雾化：
对粉末进行雾化，雾化气体为高纯氩气，雾化完成后，制备的合金粉体通过旋风器收集于集粉罐中，集粉罐在密封状态下直接转入手套箱；
S4、收集与筛粉：
筛分：用60目的标准筛进行筛分，低于60目的粉末装入不锈钢容器中保存，整个过程均处于氩气保护环境中，保证所制备粉末的洁净度；
收集与筛分：对粉末进行收集与筛分，采用270目和100目筛网筛分得到53-150μm段粒度的粉末；
分析粉末：对筛分好的粉末进行成分分析、微观组织分析及粉末的性能测试，最终得到6种方案要求的粉末。
所述的步骤S2中的熔炼功率为：30-40KW，熔炼频率：2-3KHz。
所述的步骤S3在雾化过程中，通过控制雾化温度在1600-1800℃、雾化压力3-6MPa、气体流量18-20L/min及合金量流量0.4-0.8L/min类工艺参数控制粉末质量。
具体的，本发明对激光熔覆粉末中的成分进行了调控，提高了修复层的韧性，达到强度和韧性的良好匹配。
所述的步骤S4中的性能测试包括流动性、松装密度类测试。
采用16Co14Ni10Cr2MoA材料加工试样件，利用激光熔覆将试样上槽坑填平，并制作棒状拉伸试样后进行X射线探伤，检测熔覆区域内部缺陷情况，焊缝位于试样的中心，拉伸试验在试验机上进行，检测激光熔覆试验件力学性能。
实施例二：
与实施例一不同的是，本实施例组成成分为：
C0.15％,Mn0.02％,Si0.02％,S0.0015％,P0.0015％,Cr1.85％％,Ni10％,Co14％,Mo
0.95％,O0.001％,N0.0010％，Ce0.012％，余量为铁元素。
实施例三：
与实施例一不同的是，本实施例组成成分为：
C0.15％,Mn0.02％,Si0.02％,S0.0015％,P0.0015％,Cr1.85％％,Ni10％,Co14％,Mo0.95％,O0.001％,N0.0010％，La0.012％，余量为铁元素。
实施例四：
与实施例一不同的是，本实施例组成成分为：
C0.15％,Mn0.02％,Si0.02％,S0.0015％,P0.0015％,Cr1.85％％,Ni10％,Co14％,Mo0.95％,O0.001％,N0.0010％，Y0.08％，La0.04％，余量为铁元素。
实施例五：
与实施例一不同的是，本实施例组成成分为：
C0.15％,Mn0.02％,Si0.02％,S0.0015％,P0.0015％,Cr1.85％％,Ni10％,Co14％,Mo0.95％,O0.001％,N0.0010％，Y0.09％，Ce0.03％，余量为铁元素。
实施例六：
与实施例一不同的是，本实施例组成成分为：
C0.15％,Mn0.02％,Si0.02％,S0.0015％,P0.0015％,Cr1.85％％,Ni10％,Co14％,Mo0.95％,O0.001％,N0.0010％，La0.08％，Ce0.04％，余量为铁元素。
采用最优激光修复参数修复16Co14Ni10Cr2MoA，对修复结合性能进行检测：
试验结果表明，在16Co14Ni10Cr2MoA基体上激光修复优选设计的合金粉体，可以获得满足要求的抗拉强度效果，保证了飞机安全，延长了飞机使用寿命，具有很高的经济效益。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体，其特征在于：其具体组成成分如下：C0.15％-0.16％、Mn≤0.04％、Si≤0.04％、S≤0.002％、P≤0.002％、S+P≤0.003％、Cr1.8％-1.9％、Ni10％-10.4％,Co14％-14.2％,Mo0.9％-1.0％,O≤0.001％,N≤0.0010％、稀土0.008％-0.02％、余量为铁元素。
2.根据权利要求1所述的16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体，其特征在于：所述的稀土元素为Y、Ce、La中至少一种。
3.根据权利要求1所述的16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体，其特征在于：专用粉体的流动性≤18S/50g、高球形度≥0.90。
4.根据权利要求1所述的16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体，其特征在于：粉末材料的热膨胀系数在(8-10)10－6·K－1、导热性在90-110W·m—1·K－1、熔点在1600-1800℃。
5.根据权利要求1所述的16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体，其特征在于：粉末的熔融状态润湿角≤50。
6.根据权利要求1所述的16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体，其特征在于：粉体的粒径分布为：筛分组成≤53μm粒径段粉末占比≤10％，53-150μm粒径段粉粉末占比≥80％，≥150μm粒径段粉末占比≤10％。
7.利用权利要求1至6中任一项所述的16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体的制备方法，其特征在于：其具体步骤如下：
S1、配料：
预处理：对各方案进行预制合金母材的预处理，包括除油、除锈类；
分析样品：先取样品对化学成分、气体含量及杂质含量进行分析，满足要求后方可进行下一步，如若不满足要求，需重新配置原料，直至满足要求；
S2、熔炼：
调整电源熔炼功率以及熔炼频率，对步骤S1配置的母材进行熔炼，得到合金溶液；
S3、气雾化：
对粉末进行雾化，雾化气体为高纯氩气，雾化完成后，制备的合金粉体通过旋风器收集于集粉罐中，集粉罐在密封状态下直接转入手套箱；
S4、收集与筛粉：
筛分：用60目的标准筛进行筛分，低于60目的粉末装入不锈钢容器中保存，整个过程均处于氩气保护环境中，保证所制备粉末的洁净度；
收集与筛分：对粉末进行收集与筛分，采用270目和100目筛网筛分得到53-150μm段粒度的粉末；
分析粉末：对筛分好的粉末进行成分分析、微观组织分析及粉末的性能测试，最终得到6种方案要求的粉末。
8.根据权利要求7所述的16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体的制备方法，其特征在于：所述的步骤S2中的熔炼功率为：30-40KW，熔炼频率：2-3KHz。
9.根据权利要求7所述的16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体的制备方法，其特征在于：所述的步骤S3在雾化过程中，通过控制雾化温度在1600-1800℃、雾化压力3-6MPa、气体流量18-20L/min及合金量流量0.4-0.8L/min类工艺参数控制粉末质量。
10.根据权利要求7所述的16Co14Ni10Cr2MoA钢激光修复专用粉体的制备方法，其特征在于：所述的步骤S4中的性能测试包括流动性、松装密度类测试。
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| CN107999778A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-05-08 | 西安欧中材料科技有限公司 | 一种制备af1410球形粉末的方法 |
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