[發(fā)明專利]一種激光增材制造用50Cr6Ni2Y合金鋼粉末及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910281818.8
• 申請(qǐng)日: 2019-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109913766B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳歲元;陳雪婷;魏明煒;尚凡敏;武弘杰;張斌;劉常升;梁京
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C38/40
• 分類號(hào): C22C38/40;C22C38/04;C22C38/02;C22C33/02;B22F9/08;B33Y70/00;B33Y10/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李銀姬;李馨

本發(fā)明公開(kāi)了一種激光增材制造用新型50Cr6Ni2Y合金鋼粉末及制備方法。該50Cr6Ni2Y合金鋼粉末，組成成分具有高C、高Cr(5.8～6.1％)含量的特點(diǎn)，含氧量在0.05％以下，球形度超過(guò)99％，空心球率不超過(guò)1％，松裝密度為4.75～4.85/cm³，流動(dòng)性為17.5～18.5s/50g。激光增材制造制備的50Cr6Ni2Y合金鋼樣品的顯微硬度為570～587HV_0.2，抗拉強(qiáng)度為1052～1281MPa，屈服強(qiáng)度為505～937MPa，平均延伸率為2％～4％，具有良好的激光增材制造強(qiáng)韌性合金樣品的特征，在激光增材制造高品質(zhì)機(jī)械裝備的高耐磨零件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光增材制造金屬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光增材制造用球形50Cr6Ni2Y合金鋼粉末及其制備方法和使用方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著激光增材制造技術(shù)在制造金屬耐磨零件領(lǐng)域的快速發(fā)展，例如冶金行業(yè)軋機(jī)的軋輥以及襯板、高鐵制動(dòng)盤(pán)、核電應(yīng)急凸輪軸等零件的激光熔覆修復(fù)、再制造與直接制造(3D成形)用高性能合金鋼粉末需求巨大，但目前，國(guó)內(nèi)外在滿足這些領(lǐng)域零件制造所需要的高硬度耐磨合金鋼粉末的研究方面尚存在明顯不足。因此，研究發(fā)明能夠滿足成形性好、高硬度、耐磨且強(qiáng)韌性匹配的激光增材制造耐磨關(guān)鍵零件的專用合金鋼粉末已經(jīng)成為重中之重的工作之一。

激光增材制造金屬零件過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)非平衡冶金過(guò)程，往往存在著激光與材料之間復(fù)雜的相互作用，融合了物理、化學(xué)、力學(xué)以及冶金之間多門(mén)學(xué)科的綜合應(yīng)用技術(shù)。對(duì)于成分復(fù)雜的例如高C、高C耐磨合金鋼體系而言，由于存在典型的相變應(yīng)力與熱應(yīng)力，易在激光增材制造高硬度耐磨合金鋼零件過(guò)程中產(chǎn)生裂紋與變形。而市場(chǎng)上廣泛使用的傳統(tǒng)牌號(hào)的高C含量的合金鋼粉末，其成分設(shè)計(jì)思想主要依據(jù)的是平衡冶金的方法與理論，因此，傳統(tǒng)市場(chǎng)上應(yīng)用的高C、高Cr類合金鋼粉末，在進(jìn)行激光增材制造時(shí)存在粉末打印性差、易產(chǎn)生變形開(kāi)裂、強(qiáng)韌匹配性差及力學(xué)性能差等科學(xué)問(wèn)題。針對(duì)這些科學(xué)問(wèn)題，需要依托傳統(tǒng)合金鋼成分體系，緊密結(jié)合激光增材制造技術(shù)非平衡冶金的特點(diǎn)，進(jìn)行適用于激光增材制造用高性能合金鋼成分的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，來(lái)解決材料成形過(guò)程中的變形開(kāi)裂、成形性差以及成形材料性能不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，以滿足目前市場(chǎng)對(duì)于激光制造及再制造技術(shù)專用新型高硬度耐磨合金鋼粉末的需求，為激光增材制造高硬度耐磨合金鋼零件奠定基礎(chǔ)。

采用24CrNiMoY、12CrNi2RE合金鋼粉末等，通過(guò)激光增材制造的金屬零件，其硬度值為300～400HV，抗拉強(qiáng)度達(dá)到900～1200MPa，延伸率達(dá)到8～12％，已經(jīng)能夠滿足激光增材制造典型耐磨零件例如高鐵制動(dòng)盤(pán)、核電應(yīng)急軸、冶金軋機(jī)等高品質(zhì)裝備零件的芯部部分的制造。但這類耐磨關(guān)鍵零件的應(yīng)用工況要求其表面工作層硬度要達(dá)到500～900HV，尚沒(méi)有可商業(yè)化應(yīng)用的高硬度合金鋼粉末來(lái)滿足零件表面工作層的激光增材制造，從而形成外強(qiáng)(即高硬度耐磨)內(nèi)韌(即低硬度高韌性)的制造高性能關(guān)鍵零件。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本申請(qǐng)的目的在于提供一種激光增材制造用50Cr6Ni2Y合金鋼粉末及其制備方法和使用方法。本發(fā)明通過(guò)提高合金鋼中C、Cr元素成分比例，經(jīng)過(guò)理論模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合方法，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出了具有更高硬度的新型的50Cr6Ni2Y合金鋼成分體系，成形樣品硬度達(dá)到570～587HV_0.2，為零件表面高硬度耐磨工作層的工業(yè)化應(yīng)用提供了一種新材料。

本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的一方面，提供一種激光增材制造用50Cr6Ni2Y合金鋼粉末，按照質(zhì)量百分含量由以下成分組成：C：0.45～0.55％，Cr：5.8～6.1％，Si：0.5～0.6％，Ni：1.8～2.0％，Mn：0.45～0.55％，Y：0.45～0.5％，N：≤0.01％，H：≤0.01％，O：≤0.05％，余量為Fe。