Cr12MoV钢激光熔覆铁基合金制造技术

本发明专利技术公开了Cr12MoV钢激光熔覆铁基合金，是以Cr12MoV钢为基体材料，铁基熔覆合金制备采用Fe313粉末，将合金粉末放入真空干燥箱内120℃干燥2h后，以预置的方式涂覆在基体Cr12MoV钢表面，粉末厚度为0.2mm，然后将其平稳放置在10KW高功率横流连续CO2激光器系统配备的数控机床工作台上进行激光熔覆，激光功率为1.4-2.0kW，扫描速度为300-400mm/min，制备得到的。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术提供的Cr12MoV钢激光熔覆铁基合金，相比于传统工艺，降低了激光熔覆技术中的气孔率、裂纹率，有效解决了组织性能不均匀及熔覆材料体系不确定的问题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了Cr12MoV钢激光熔覆铁基合金，是以Cr12MoV钢为基体材料，铁基熔覆合金制备采用Fe313粉末，将合金粉末放入真空干燥箱内120℃干燥2h后，以预置的方式涂覆在基体Cr12MoV钢表面，粉末厚度为0.2mm，然后将其平稳放置在10KW高功率横流连续CO2激光器系统配备的数控机床工作台上进行激光熔覆，激光功率为1.4-2.0kW，扫描速度为300-400mm/min，制备得到的。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的Cr12MoV钢激光熔覆铁基合金，相比于传统工艺，降低了激光熔覆技术中的气孔率、裂纹率，有效解决了组织性能不均匀及熔覆材料体系不确定的问题。【专利说明】Cr12MoV钢激光熔覆铁基合金
本专利技术涉及Cr12MoV钢激光熔覆铁基合金。
技术介绍
CR12M0V模具钢是高碳高钼莱氏体钢，它很高的淬透性使得其在材料表面400mm 以下也可以完全淬透，即使在300?400°C高温环境下工作仍能具备较好的硬度和耐磨性， 但塑性却比Crl2差，用于制造截面较大、形状复杂或承载量较重的冲压模具、切边模、圆 锯、量规和其他工具。冷作模具钢在服役时，其表面的不同部位载荷性质也不一样，可能先 后或者同时出现两种或两种以上失效形式，并且失效大多是从表面开始，比如磨擦磨损、冷 热交替疲劳、塑性变形和开裂，随着使用次数的增加，逐步向周围扩展甚至内部，最终导致 断裂或大的尺寸变形。材料表面介质和材料本体的性质差异越来越明显，加快了失效的速 度，或者说原有材料设计原则已经不能适应新的材料的发展要求，这就要求对材料表面进 行特殊加工处理，以满足它的使用要求。由表面科学为基础发展而来，目的在于防护材料表 面、改进表面性能的激光熔覆技术在功能方面有五点：（1)节能减材，高效降低磨损或腐蚀 损失；（2)制备功能材料、新型元器件；（3)产品表面防护、修复、强化的有效措施；（4)优化 环境和美化生活；（5)绿色再制造工程变废为宝，避免二次污染。 激光熔覆技术是通过预置熔覆材料或同步送料的方式被放置在衬底表面的激光 束照射，包括基体表面微薄一层金属在内的熔覆材料瞬间熔化的高温熔体快速凝固形成与 基体材料组织性能完全不同的冶金结合涂层。早在20世纪80年代，我国已经开始激光熔 覆技术的研宄，在1985年以前国内外熔覆技术的发展较为缓慢，从1985年至1992年期间， 国内外研宄学者主要集中研宄激光熔覆工艺优化、熔覆材料体系特点、激光熔覆层的微观 组织结构和性能分析、熔覆层缺陷机制以及激光熔覆应用等方面；1993年以来主要集中在 激光熔覆基础理论和模型，专用熔覆材料研制，激光熔覆过程裂纹等缺陷的形成与消除机 制，激光熔覆工艺关键组成要素检测与控制，激光熔覆高效率同步送粉器和喷嘴，新型熔覆 层研制，快速成型理论与激光熔覆技术的结合等领域的研宄。 到目前为止，激光熔覆在多个方面业已取得很多的研宄成果。激光熔覆除了低稀 释率、高性能、低能耗的特点外，因为104-106 W/cm2高能量密度激光束快速凝固的特性，熔 覆材料不受一般冶金热力学的限制，所用的熔覆材料范围相当广泛。 熔覆材料体系由最初的铁基、镍基、钴基等自熔性合金粉末扩充到如今的铜基、钛 基、镁基等其他合金基粉末材料，高熔点高硬度的碳化物、硼化物、氧化物、陶瓷，含羟基磷 灰石、CP涂层等生物涂层材料和复合粉末。材料状态不只是粉末状，还有丝带状、板条状、 圆棒状和软膏状等。利用激光熔覆工艺在基体材料表面熔覆陶瓷复合材料，母材的高塑性 高韧性增添优良的耐磨、耐热性能，可用于航空、模具行业，从而大大提高产品的使用寿命。 陶瓷粉末优异的耐磨、耐高温和耐蚀性能在制备高温耐磨耐蚀涂层和热障涂层上发挥了巨 大的作用，但由于陶瓷粉末和基体金属的热物理特性差异造成熔覆层开裂、变形、脱落等缺 陷。激光熔覆工艺的影响因素有激光功率、激光扫描速度、光斑尺寸、涂层材料的添加方式、 涂层材料的保护手段、搭接率和前后热处理等，研宄表明，这些工艺参数将直接决定激光熔 覆层的宏观形貌、显微组织结构和力学性能，对生物化学、电学等其他功能涂层的制备也有 着一定的影响作用。另外，在熔覆层性能方面包括硬度、结合强度、耐磨性能、耐蚀性能等。 熔覆层各组织的分布状态、种类、特性和添加物的含量等都决定熔覆层的耐磨性能，由铸造 WC和烧结状态WC颗粒构成的熔覆层的耐磨能明显高于同含量的由碳化钨单晶组成的熔覆 层的耐磨性，但碳化钨含量过高将会降低熔覆层的耐磨性。 激光熔覆技术近年来不管是在熔覆基础理论的完善、熔覆材料体系的扩充方面， 还是熔覆工艺控制、CAD/CAM技术的结合、各种熔覆层的制备方面，都取得了一定的成果，并 且在某些工业应用领域也得到了一定的推广应用。但此项技术由于各种原因仍处于发展中 阶段，还不够成熟，一些关键问题需要解决。 (1)气孔问题 熔覆层中的气孔对熔覆层质量和使用存在着极大的危害性。它 主要呈球形分布在熔覆层的中下部，这些气孔极易诱发微裂纹，如过多，还将成为裂纹的萌 生源和扩展渠道，另外气孔存在也破坏了电极电位平衡，直接降低熔覆层的耐磨损耐腐蚀 性能。激光熔覆层内的气孔主要是因为激光熔化过程中高能辐照汽化或者高温下碳与氧 剧烈反应产生的金属气体、粉末蒸汽，在熔池快速凝固情况下来不及逸出而形成的。比如 FC- Co系合金的气孔主要是由于WC在2000°C左右高温发生a -WC e e -WC相转变，而后 在1300°C溶解和分解。同时在采用预置方式添加熔覆合金粉末时，如果粘结剂选择不当，同 样可能在熔化过程中产生气孔。 在一般情况下，熔覆层气孔的工艺条件是不能完全避免，但通过一些措施或方法 尽可能控制，目前常用的方法有：合金粉末贮运前真空干燥并密封，防止氧化；激光熔覆前 对基体表面进行清洁预处理，粉末保证干燥状态，最大程度减小基体和粉末的氧化程度；熔 覆层设计时粉末厚度尽量薄，以利于及时逸出产生的气体；如果条件允许，适当增加激光功 率，降低扫描速度或者熔覆前进行基体预热，熔池的时间延长，也可增加气体逃逸时间。 (2)裂纹问题 熔覆层开裂问题一直是国内外研宄学者极其关注的问题，它直接影响材料的力学性能 和使用性能，甚至材料寿命。激光熔覆过程中，高能量激光束熔覆材料瞬时熔化的熔覆层材 料和衬底表面的金属和快速冷却的温度梯度较大的界面处，熔覆层与基体的体积变化不一 致，即使同一材质内部不同位置因为受热冷却引起的温度梯度也不同，加上两种材料的热 膨胀系数、弹性模量等热物性不同产生的热应力，除此以外，激光束快速扫描高温熔化区域 受到周围较低温材料的约束的压应力和急速冷却下来的熔覆区域不能自由收缩引起的拉 应力，熔覆结束后材料内部相当部分残余应力残留下来，热应力、约束应力、组织应力、残余 应力多方面作用，最终致使裂纹的产生。 激光熔覆层内不同的位置产生的裂纹形态、分布状态也不同，可以分为三类，即熔 覆层裂纹、界面裂纹、搭接区裂纹。这三种裂纹的产生和熔覆层与基材自身的缺陷、熔覆材 料的选取和激光工艺有关。 因此，控制裂纹的产生或扩展可以从优化熔覆工艺、合理设计熔覆材料方面入手。 为了减小裂纹萌生的机率，对激光熔覆功率密度、线本文档来自技高网...

【技术保护点】
Cr12MoV钢激光熔覆铁基合金，其特征在于，是以初始尺寸为110mm×150mm×25mm的Cr12MoV钢为基体材料，先用汽油除表面油污，砂轮机打磨，并用无水乙醇清洗干净，铁基熔覆合金制备采用Fe313粉末，粒度为‑140～325目，硬度为HRC25，Fe313铁基自熔性合金粉是在奥氏体不锈钢内部融入一定含量的B、Si元素，将合金粉末放入真空干燥箱内120℃干燥2h后，以预置的方式涂覆在基体Cr12MoV钢表面，粉末厚度为0.2mm，然后将其平稳放置在10KW高功率横流连续CO2激光器系统配备的数控机床工作台上进行激光熔覆，激光功率为1.4‑2.0kW，扫描速度为300‑400mm/min，制备得到的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙有平，白兆军，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45