专利名称：一种高强铁基激光快速成型专用金属粉料的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，特别是涉及一种高强铁基激光快速成型专用金属粉料。
技术背景快速自动成型技术是近年来发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组 技术总称，它集成了C A D技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先 进制造技术的重要组成部分。快速成型能显著缩短新产品开发时间、降低开发费用。因此 国内外许多研究者都在对其进行研究。然而激光快速成型铁基金属粉料生产零件的进展缓 慢，主要原因是激光快速成型生产的工件常会产生裂纹，且强度较低，实际应用性较差。目前，国内外用于激光快速成型的铁基粉料材料主要是传统的热喷涂铁基合金粉料， 以及其与碳化物颗粒组成的复合粉料。其最大优点是成本低且抗磨性能好，但却存在强度 低、残余应力大易出现裂纹、熔点高、合金自熔性差、抗氧化性差、流动性不好及熔层内 气孔夹渣较多等缺点。其中，易出现裂纹和强度低是阻碍成型工件应用的最大问题。传统 的热喷涂系列合金已不能满足激光快速成型技术快速发展的需要，因此必须开发出新的系 列产品铁基金属粉料，解决激光快速成型实际应用过程中产生的问题。发明内容本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高强铁基激光快速成型专用金 属粉料，解决激光快速成型过程中产生的裂纹及强度低问题。本发明是通过以下方式实现的。一种高强铁基激光快速成型专用金属粉料，以铁粉(Fe)为基体，其特征是还含有碳 (C)、硼(B)、铬(Cr)、镍(Ni)、钴(Co)元素，其碳(C)、硼(B)、铬(Cr)、镍(Ni)、 钴(Co)添加剂总质量百分比为粉料总质量的20-40%。上述的高强铁基激光快速成型专用金属粉料，其特征是还含有有少量硅(Si)和锰(Mn)， 硅(Si)元素的质量百分比为粉料总质量的1.5-2.5%，锰(Mn)元素质量百分比《3%粉料 总质量。上述高强铁基激光快速成型专用粉料，其特征是各元素质量百分比为铬(Cr)， 15-22%; 镍(Ni)， 5-15%;硅(Si)， 1. 5-2. 5%;钴(Co)， 2-4%;碳(C)， 0. 2-0. 7%;硼(B)， 0. 5-2%; 锰(Mn)《3%;佘量为铁(Fe)。本发明高强铁基激光快速成型专用金属粉料的制备方法，将上述组分原料按成分配比，放入混料机中充分混合即可，混合时间3-7小时。本发明通过添加适量硼(B)、硅(Si)和锰(Mn)并调节各元素比例，铁基合金在凝固 后形成以奥氏体为基体，其上分布碳化物、硼化物强化相组织，使合金同(Si)和硼(B)联合作用时，既可减少裂纹的倾向性，又可强化组织。这就保证了激光快速成型件既有较好的抗裂性，又具有较高的强度。本发明的优点在于高强铁基激光快速成型专用金属粉料，其成分配比合理。该高强铁 基金属粉料成型性好，成型件塑韧性大，具有较好的抗裂性。在利用碳(C)、硼(B)、铬(Cr)、镍(Ni)、钴(Co)等元素强化的铁基合金基础上，通过调节各元素比例及添加适量 的硅(Si)、锰(Mn)使合金在凝固后形成以奥氏体为基体，其上分布碳化物、硼化物强化 相组织，使成型件同时具有良好的韧性和较高的硬度和强度，提高了零件的性能，能够满足 实际应用需要。本发明高强铁基激光快速成型专用金属粉料，其强度较高，在850-880MPa 左右，其硬度在HRC37-40之间。主要应用于制造业特别是航天航空及汽车等重点行业，其 次在模具行业中也有着广泛的应用。
具体实施方式
实施例1一种高强铁基激光快速成型专用金属粉料，组成按质量百分比为铬(Cr): 14.4%;碳(C): 0.42%;镍(Ni): 15%;硼(B): 1.56°/。；钴(Co): 4%;铁 (Fe):余量。各种金属粉末按成分配比配制，放入混料机中充分混合，混合时间7小时。采用5000W横流高压连续C02激光器，应用将所得专用铁基粉料在无任何预热和缓冷 处理的45tt钢基体表面进行单道多层的成型试验，最后得到壁厚2mm，长90mm，高25mm的 成型薄板。工艺参数为功率1400W;焦距375咖；光斑直径2mm;扫描速度4mm/s。 经渗透法检测，没有发现裂纹，显微组织均匀，硬度均匀为HRC37左右，强度在860MPa左 右。实施例2一种高强铁基激光快速成型专用金属粉料，组成按质量百分比为铬(Cr): 17,5%;碳(C): 0.54%;镍(Ni): 9%;硅(Si): 1.95%;硼(B): 1.08%;钴(Co): 2%;锰(Mn): 1%;铁(Fe):余量。各种金属粉末按成分配比配制，放入混料机中充分混合，混合时间4小时。采用5000W横流高压连续C(V激光器，应用将所得专用铁基粉料在无任何预热和缓冷 处理的45#钢基体表面进行单道多层的成型试验，最后得到壁厚2mm，长160咖，高30mra的成型薄板。工艺参数为功率1500W;焦距375顺；光斑直径2咖；扫描速度5咖/s。 经渗透法检测，没有发现裂纹，显微组织观察中没有发现空洞、夹杂等缺陷，硬度均匀为HRC37-40,强度在870MPa左右。 实施例3一种高强铁基激光快速成型专用金属粉料，组成按质量百分比为铬(Cr): 14%;碳(C): 0. 2挑;镍(Ni): 15%;硅(Si): 2%;硼(B): 1.5%;钴(Co): 3%;锰(Mn): 3%;铁(Fe):余量。各种金属粉末按成分配比配制，放入混料机中充分混合，混合时间6小时。 采用德国Rofin公司制造的ROFIN TR050型快轴流C02激光器，应用所述粉料在无预 热和缓冷的条件下45#钢基体表面进行成形实验，最后得到壁厚lmm，高50mm，外圆直径 30mm的圆筒。工艺参数为750W;焦距460mm;光斑直径lmra;扫描速度350mm/min。送 粉速度4deg/s。经渗透法检测，没有发现裂纹，经组织观察没有发现空洞、夹杂等缺陷， 硬度均匀为HRC37-40，强度在850MPa左右。实施例4一种高强铁基激光快速成型专用金属粉料，组成按质量百分比为铬(Cr): 15%;碳(C): 0.31%;镍(Ni): 10%;硅(Si): 2.2%;硼(B): 1.63%;钴 (CO): 2%;锰(Mn): 0.5%;铁(Fe):余量。各种金属粉末按成分配比配制，放入混料机中充分混合，混合时间5小时。 采用5000W横流高压连续C02激光器，应用将所得专用铁基粉料在无任何预热和缓冷 处理的A3钢基体表面进行多道多层的成型试验，最后得到壁厚5mra,高10mm，外圆直径40mm 的成型圆缸。工艺参数为功率700W;焦距375mm;光斑直径2mm;扫描速度4mm/s。 经渗透法检测，没有发现裂纹，显微组织均匀，没有发现空洞、夹杂等缺陷，硬度均匀为 HRC37左右，强度在850MPa左右。实施例5一种高强铁基激光快速成型专用金属粉料，组成按质量百分比为铬(Cr): 20%;碳(C): 1.5%;镍(Ni): 5%;硅(Si): 1.5%;硼(B): 0.5%;钴(Co):2%;铁(Fe):余量。各种金属粉末按成分配比配制，放入混料机中充分混合，混合时间7小时。 采用5000W横流高压连续C02激光器，应用将所得专用铁基粉料在无任何预热和缓冷 处理的45tt钢基体表面进行单道多层的成型试验，最后得到壁厚2mm，长40mm,高50mm的 成型薄板。工艺参数为功率1200W;焦距375mm;光斑直径2mm;扫描速度4mm/s。经 渗透法检测，没有发现裂纹，显微组织均匀，没有发现空洞、夹杂等缺陷，硬度均匀为HRC40 左右，强度在880MPa左右。实施例6一种高强铁基激光快速成型专用金属粉料，组成按质量百分比为铬(Cr): 14.7%;碳(C): 0.30%;镍(Ni): 13%;硅(Si): 2.3%;硼(B): 1.6%; 钴(CO): 2%;锰(Mn): 1%;铁(Fe):余量。各种金属粉末按成分配比配制，放入混料机中充分混合，混合时间3小时。 采用DL-HL-T5000高功率横流C02激光器，应用将所得专用铁基粉料在无任何预热和 缓冷处理的45#钢基体表面进行单道多层的成型试验，最后得到壁厚2ram,长30咖，高20mm 的成型薄板。工艺参数为功率1700W;焦距375mm;光斑直径2. 5mm;扫描速度300mm/niiri。 经渗透法检测，没有发现裂纹、空洞、夹杂等缺陷，显微组织均匀，硬度均匀为服C37左 右，强度在850MPa左右。
权利要求
1、一种高强铁基激光快速成型专用金属粉料，以铁粉为基体，其特征是还含有碳、硼、铬、镍、钴元素，其中碳、硼、铬、镍、钴的总质量百分比为粉料总质量的20-40％。
2、 如权利要求1所述的高强铁基激光快速成型专用金属粉料，其特征是还含有有少量 硅和锰，硅元素的质量百分比为粉料总质量的1. 5-2. 5%，锰元素质量百分比《3%粉料总质 量。
3、 如权利要求2所述的高强铁基激光快速成型专用金属粉料，其特征是各元素质量百分比为铬15-22%;镍5-15%;硅1.5-2. 5%;钴2-4%;碳0. 2-0. 7%;硼0.5-2%;锰《3%;余量为铁。
全文摘要
本发明属于金属材料领域，涉及一种高强铁基激光快速成型专用金属粉料。本发明以铁粉为基体，其特征是还含有碳、硼、铬、镍、钴元素，其碳、硼、铬、镍、钴的总质量百分比为粉料总质量的20-40％。各种金属粉末按成分配比入混料机中充分混合。将该粉料在无任何预热和缓冷前后处理的条件下在45#钢基体表面进行激光快速成型，得到表面平整、无裂纹的激光快速成型件。该高强铁基金属粉料成型性好，成型件塑韧性大，具有较好的抗裂性。其硬度在HRC37-40之间，强度在850-880MPa左右。成型件同时具有良好的韧性和较高的硬度和强度，提高了零件的性能，能够满足实际应用需要。
文档编号C23C24/10GK101403115SQ20081016017
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者边秀房, 高莉莉 申请人:山东大学