MoV鋼的方法
2023-06-07 10:23:16 1
MoV鋼的方法
【專利摘要】本發明公開了Ni60/SiC複合粉末多道搭接雷射熔覆Cr12MoV鋼的方法，按SiC：Ni60AA為1：9的質量比充分混合均勻得到混合合金粉末，在鼓風乾燥機中150℃乾燥3h，然後進行預置雷射熔覆，雷射功率為3.1KW，掃描速度180mm/min，光斑直徑4mm，粉末厚度0.2mm，光斑搭接率為30%。本發明的有益效果為：本發明提供的Ni60/SiC複合粉末多道搭接雷射熔覆Cr12MoV鋼的方法，相比於傳統工藝，降低了雷射熔覆技術中的氣孔率、裂紋率，有效解決了組織性能不均勻及熔覆材料體系不確定的問題。
【專利說明】N i 60/S i C複合粉末多道搭接雷射熔覆Cr 12M〇V鋼的方法
[0001]
【技術領域】
[0002] 本發明涉及Ni60/SiC複合粉末多道搭接雷射熔覆Cr12MoV鋼的方法。
【背景技術】
[0003] CR12M0V模具鋼是高碳高鉬萊氏體鋼，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高溫環境下工作仍能具備較好的硬度和耐磨性， 但塑性卻比Crl2差，用於製造截面較大、形狀複雜或承載量較重的衝壓模具、切邊模、圓 鋸、量規和其他工具。冷作模具鋼在服役時，其表面的不同部位載荷性質也不一樣，可能先 後或者同時出現兩種或兩種以上失效形式，並且失效大多是從表面開始，比如磨擦磨損、冷 熱交替疲勞、塑性變形和開裂，隨著使用次數的增加，逐步向周圍擴展甚至內部，最終導致 斷裂或大的尺寸變形。材料表面介質和材料本體的性質差異越來越明顯，加快了失效的速 度，或者說原有材料設計原則已經不能適應新的材料的發展要求，這就要求對材料表面進 行特殊加工處理，以滿足它的使用要求。由表面科學為基礎發展而來，目的在於防護材料表 面、改進表面性能的雷射熔覆技術在功能方面有五點：（1)節能減材，高效降低磨損或腐蝕 損失；（2)製備功能材料、新型元器件；（3)產品表面防護、修復、強化的有效措施；（4)優化 環境和美化生活；（5)綠色再製造工程變廢為寶，避免二次汙染。
[0004] 雷射熔覆技術是通過預置熔覆材料或同步送料的方式被放置在襯底表面的雷射 束照射，包括基體表面微薄一層金屬在內的熔覆材料瞬間熔化的高溫熔體快速凝固形成與 基體材料組織性能完全不同的冶金結合塗層。早在20世紀80年代，我國已經開始雷射熔 覆技術的研宄，在1985年以前國內外熔覆技術的發展較為緩慢，從1985年至1992年期間， 國內外研宄學者主要集中研宄雷射熔覆工藝優化、熔覆材料體系特點、雷射熔覆層的微觀 組織結構和性能分析、熔覆層缺陷機制以及雷射熔覆應用等方面；1993年以來主要集中在 雷射熔覆基礎理論和模型，專用熔覆材料研製，雷射熔覆過程裂紋等缺陷的形成與消除機 制，雷射熔覆工藝關鍵組成要素檢測與控制，雷射熔覆高效率同步送粉器和噴嘴，新型熔覆 層研製，快速成型理論與雷射熔覆技術的結合等領域的研宄。
[0005] 到目前為止，雷射熔覆在多個方面業已取得很多的研宄成果。雷射熔覆除了低稀 釋率、高性能、低能耗的特點外，因為104-106 W/cm2高能量密度雷射束快速凝固的特性，熔 覆材料不受一般冶金熱力學的限制，所用的熔覆材料範圍相當廣泛。
[0006] 熔覆材料體系由最初的鐵基、鎳基、鈷基等自熔性合金粉末擴充到如今的銅基、鈦 基、鎂基等其他合金基粉末材料，高熔點高硬度的碳化物、硼化物、氧化物、陶瓷，含羥基磷 灰石、CP塗層等生物塗層材料和複合粉末。材料狀態不只是粉末狀，還有絲帶狀、板條狀、 圓棒狀和軟膏狀等。利用雷射熔覆工藝在基體材料表面熔覆陶瓷複合材料，母材的高塑性 高韌性增添優良的耐磨、耐熱性能，可用於航空、模具行業，從而大大提高產品的使用壽命。 陶瓷粉末優異的耐磨、耐高溫和耐蝕性能在製備高溫耐磨耐蝕塗層和熱障塗層上發揮了巨 大的作用，但由於陶瓷粉末和基體金屬的熱物理特性差異造成熔覆層開裂、變形、脫落等缺 陷。雷射熔覆工藝的影響因素有雷射功率、雷射掃描速度、光斑尺寸、塗層材料的添加方式、 塗層材料的保護手段、搭接率和前後熱處理等，研宄表明，這些工藝參數將直接決定雷射熔 覆層的宏觀形貌、顯微組織結構和力學性能，對生物化學、電學等其他功能塗層的製備也有 著一定的影響作用。另外，在熔覆層性能方面包括硬度、結合強度、耐磨性能、耐蝕性能等。 熔覆層各組織的分布狀態、種類、特性和添加物的含量等都決定熔覆層的耐磨性能，由鑄造 WC和燒結狀態WC顆粒構成的熔覆層的耐磨能明顯高於同含量的由碳化鎢單晶組成的熔覆 層的耐磨性，但碳化鎢含量過高將會降低熔覆層的耐磨性。
[0007] 雷射熔覆技術近年來不管是在熔覆基礎理論的完善、熔覆材料體系的擴充方面， 還是熔覆工藝控制、CAD/CAM技術的結合、各種熔覆層的製備方面，都取得了一定的成果，並 且在某些工業應用領域也得到了一定的推廣應用。但此項技術由於各種原因仍處於發展中 階段，還不夠成熟，一些關鍵問題需要解決。
[0008] (1)氣孔問題 熔覆層中的氣孔對熔覆層質量和使用存在著極大的危害性。它 主要呈球形分布在熔覆層的中下部，這些氣孔極易誘發微裂紋，如過多，還將成為裂紋的萌 生源和擴展渠道，另外氣孔存在也破壞了電極電位平衡，直接降低熔覆層的耐磨損耐腐蝕 性能。雷射熔覆層內的氣孔主要是因為雷射熔化過程中高能輻照汽化或者高溫下碳與氧 劇烈反應產生的金屬氣體、粉末蒸汽，在熔池快速凝固情況下來不及逸出而形成的。比如 FC- Cb系合金的氣孔主要是由於WC在2000°C左右高溫發生a -WC e β -WC相轉變，而後 在1300°C溶解和分解。同時在採用預置方式添加熔覆合金粉末時，如果粘結劑選擇不當，同 樣可能在熔化過程中產生氣孔。
[0009] 在一般情況下，熔覆層氣孔的工藝條件是不能完全避免，但通過一些措施或方法 儘可能控制，目前常用的方法有：合金粉末貯運前真空乾燥並密封，防止氧化；雷射熔覆前 對基體表面進行清潔預處理，粉末保證乾燥狀態，最大程度減小基體和粉末的氧化程度；熔 覆層設計時粉末厚度儘量薄，以利於及時逸出產生的氣體；如果條件允許，適當增加雷射功 率，降低掃描速度或者熔覆前進行基體預熱，熔池的時間延長，也可增加氣體逃逸時間。
[0010] (2)裂紋問題 熔覆層開裂問題一直是國內外研宄學者極其關注的問題，它直接影響材料的力學性能 和使用性能，甚至材料壽命。雷射熔覆過程中，高能量雷射束熔覆材料瞬時熔化的熔覆層材 料和襯底表面的金屬和快速冷卻的溫度梯度較大的界面處，熔覆層與基體的體積變化不一 致，即使同一材質內部不同位置因為受熱冷卻引起的溫度梯度也不同，加上兩種材料的熱 膨脹係數、彈性模量等熱物性不同產生的熱應力，除此以外，雷射束快速掃描高溫熔化區域 受到周圍較低溫材料的約束的壓應力和急速冷卻下來的熔覆區域不能自由收縮引起的拉 應力，熔覆結束後材料內部相當部分殘餘應力殘留下來，熱應力、約束應力、組織應力、殘餘 應力多方面作用，最終致使裂紋的產生。
[0011] 雷射熔覆層內不同的位置產生的裂紋形態、分布狀態也不同，可以分為三類，即熔 覆層裂紋、界面裂紋、搭接區裂紋。這三種裂紋的產生和熔覆層與基材自身的缺陷、熔覆材 料的選取和雷射工藝有關。
[0012] 因此，控制裂紋的產生或擴展可以從優化熔覆工藝、合理設計熔覆材料方面入手。 為了減小裂紋萌生的機率，對雷射熔覆功率密度、線能量或熱輸入量嚴格控制；製備硬質相 含量漸變且無裂紋的梯度熔覆層；熔覆前進行整體或基體預熱，熔覆後續熱處理，或者雷射 重熔處理，這些工藝手段均能一定程度上防止熔覆裂紋的產生。至於熔覆材料，可以添加適 量低熔點合金元素以降低塗層內部應力集中程度，也可以加入適量稀土增加塗層韌性等等
[7]。
[0013] (3 )組織性能不均勻問題 在雷射熔覆過程中雷射能量分布的不均勻性、熱量流入深度的不均勻性、熔覆材料熔 點分布的不一致以及微區成分不均勻性，導致組織晶粒不均勻形核，從而造成熔覆層組織 不均勻，進而導致不同位置性能不穩定。由於組織不均勻、性能不穩定極易引起相同載荷下 不同位置應力應變不一致，零部件出現裂紋或弱化晶界，最終導致早期失效。
[0014] 合金的粘度、表面張力、傳熱係數及合金元素間的交互作用對熔池對流的影響，勢 必影響成分的偏析，另外加上雷射熔覆非常態凝固不均勻熱擴散導致的成分偏析，這些問 題在雷射加工中存在工藝不穩定性與重現性，結果也有一定的差異，因此，有必要制定合理 工藝標準和評價參數。比如調整雷射功率、掃描速度或改善光束模式以改變熔池整體對流 為多微區對流來達到抵制熔覆層成分偏析程度，得到儘可能均勻的熔覆組織，滿足熔覆層 設計性能。
[0015] (4 )熔覆材料體系問題 自雷射熔覆技術誕生以來，熔覆材料體系由原來的單一合金粉逐漸發展到稀土元素、 多種類型一體化的複合材料，多元化的同時也存在制約熔覆技術應用的問題：缺少系列化 的專用材料體系，缺乏相應的熔覆材料評價標準和應用標準以及熔覆層和基體界面問題。 目前雷射熔覆採用的熔覆材料大部分仍是熱噴塗材料。研宄表明，熱噴塗粉末應用於雷射 熔覆存在很多弊端。由於熱噴塗材料的組合物的凝固溫度範圍寬，不易形成孔洞，在雷射熔 覆中除了對流，熱噴塗材料的B和Si元素含量較高，但熔池的時間短，作為脫氧劑還原得 到低熔點的硼矽酸鹽除了起到脫氧造渣作用，還會固沉於熔池底，殘留在熔覆層內形成液 態薄膜，增加裂紋萌生機率或加劇熔覆層開裂，或者形成夾雜物。為此，人們通常採取以下 途徑改善這一現狀：保證使用性能前提下調整通用熱噴塗粉末化學成分，比如適量降低B、 Si、C等元素含量，添加若干種合金元素增加韌性相。儘管塗層的工藝性能一定程度上得到 了改善，但雷射快熱快冷的特點使得這些問題不能從根本上解決。
【發明內容】
[0016] 本發明的目的就是針對上述現有技術中的缺陷，提供了 Ni60/SiC複合粉末多道 搭接雷射熔覆Cr12MoV鋼的方法。
[0017] 為了實現上述目的，本發明提供的技術方案為：Ni60/SiC複合粉末多道搭接雷射 熔覆Cr 12MoV鋼的方法，按SiC :Ni60AA為1 :9的質量比充分混合均勻得到混合合金粉末，在 鼓風乾燥機中150°C乾燥3h，然後進行預置雷射熔覆，雷射功率為3. 1KW，掃描速度180mm/ min，光斑直徑4mm，粉末厚度0. 2mm，光斑搭接率為30%。
[0018] 本發明的有益效果為：本發明提供的Ni60/SiC複合粉末多道搭接雷射熔覆 Cr12MoV鋼的方法，相比於傳統工藝，降低了雷射熔覆技術中的氣孔率、裂紋率，有效解決了 組織性能不均勻及熔覆材料體系不確定的問題。
【具體實施方式】
[0019] 實施例1 : Ni60/SiC複合粉末多道搭接雷射熔覆Cr12MoV鋼的方法，按SiC :Ni60AA為1 :9的質量 比充分混合均勻得到混合合金粉末，在鼓風乾燥機中150°C乾燥3h，然後進行預置雷射熔 覆，雷射功率為3. 1KW，掃描速度180mm/min，光斑直徑4mm，粉末厚度0. 2mm，光斑搭接率為 30% 〇
[0020] 最後應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明， 儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可 以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。 凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的 保護範圍之內。
【權利要求】
1. Ni60/SiC複合粉末多道搭接雷射熔覆Cr12MoV鋼的方法，其特徵在於，按SiC :Ni60AA 為1 :9的質量比充分混合均勻得到混合合金粉末，在鼓風乾燥機中150°C乾燥3h，然後進行 預置雷射熔覆，雷射功率為3. 1KW，掃描速度180mm/min，光斑直徑4mm，粉末厚度0. 2mm，光 斑搭接率為30%。
【文檔編號】C23C24/10GK104480461SQ201410761888
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】孫有平, 白兆軍 申請人:廣西科技大學