專利名稱：：等離子熔覆快速成形鐵基合金粉末材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鐵基合金粉末，具體地說是一種等離子熔覆快速成形專用鐵基合金粉末。
背景技術(shù)：
：等離子粉末熔覆工藝是一種低成本的直接金屬快速成形方法，在直接金屬快速成形領(lǐng)域成為研究熱點(diǎn)。迄今等離子熔覆直接金屬快速成形合金粉末常采用熱噴涂粉末及表面堆焊用合金粉末，現(xiàn)有等離子熔覆材料用于快速成形存在的主要問題是現(xiàn)有鐵基自熔劑合金粉末均含有較高的B、Si含量，易生成FeB等脆性相析集于晶界而引起裂紋，在成形厚覆層時(shí)Si、B發(fā)生脫氧作用時(shí)生成的低熔點(diǎn)硼硅酸鹽部分殘留在熔覆層內(nèi)，易在熔覆層冷卻過程中形成液態(tài)薄膜，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋?，F(xiàn)有技術(shù)的合金一般有以下幾種組織類型，(1)純奧氏體結(jié)構(gòu)；(2)奧氏體+鐵素體結(jié)構(gòu)；(3)奧氏體+馬氏體結(jié)構(gòu)；(4)奧氏體+鐵素體+馬氏體結(jié)構(gòu)等。當(dāng)熔覆層中存在馬氏體結(jié)構(gòu)時(shí)，在熔覆層凝固過程中，會(huì)由于馬氏體相變產(chǎn)生相變應(yīng)力，使熔覆層的應(yīng)力狀態(tài)惡化，導(dǎo)致裂紋敏感性增大，而單相奧氏體結(jié)構(gòu)，雖然有良好的韌性，但其熱膨脹系數(shù)要高開其它類型的組織，在多層熔覆情況下，會(huì)因熱應(yīng)力的累積導(dǎo)致熔覆層開裂。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，科學(xué)合理的控制熔覆層中的硬質(zhì)相與韌性相之間的比例，改善等離子熔覆工藝性能，減少其在快速成形多層熔覆條件下開裂和其它缺陷的傾向，而提出一種等離子熔覆快速成形鐵基合金。本發(fā)明合金的設(shè)計(jì)原理為為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明采用低的C含量及B、Si元素含量，并通過調(diào)整鉻、鎳元素含量合金化改變組織狀態(tài)，獲得奧氏體+少量鐵素體的雙相組織，同時(shí)加入微量元素Mo、Nb、稀土細(xì)化組織，減少熔覆層中的成分偏析，提高抗裂性，同時(shí)還提高熔覆層的強(qiáng)韌性，紅硬性和高溫抗蝕性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下具體技術(shù)方案—種等離子熔覆快速成形鐵基合金，其合金成分范圍為，質(zhì)量百分比C:0.050.15%、Ni:48%、Cr:1015%、B:0.1l%、Si:0.81.2%、Mo:0.81.2%、Nb:0.250.70X、混合RE:0.253.5%，余量為Fe。本鐵基合金粉末采用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行制備，即采用中頻感應(yīng)爐熔煉，并用氣霧化法霧化制粉。粉末制備工藝如下[ooog](1)材料準(zhǔn)備將工業(yè)純鐵、工業(yè)硼鐵、工業(yè)硅鐵、工業(yè)鉻鐵、工業(yè)純鎳、工業(yè)純鉬等工業(yè)原料按比例稱重，將工業(yè)鈮鐵、混合稀土按比例稱重，用不銹鋼鐵皮包好制成中間包待用。(2)熔煉將準(zhǔn)備好的煉粉原料放入中頻感應(yīng)爐，開始熔煉，待完全熔清后10分鐘左右，放入中間包，再過5分鐘出爐，開始?xì)忪F化。(3)氣霧化采用高壓氮?dú)鈿忪F化，根據(jù)所需粉末的粒度范圍調(diào)節(jié)霧化壓力，用粉末收集器收集霧化后的粉末，粉末應(yīng)在真空狀態(tài)下自然冷卻。(4)粉末篩分按照所需要的粒度要求進(jìn)行粉末篩分，粒度范圍應(yīng)控制在150目至325目為宜，將篩分后的合格粉末打包，即完成粉末制備。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是該合金粉末在快速成形等離子多層熔覆的情況下，具有良好的成形性和抗裂性，熔覆層組織韌性好，硬度適中，具有較好的力學(xué)性能，成本低廉，易于推廣。本發(fā)明合金多層熔覆層的組織為奧氏體+鐵素體結(jié)構(gòu)，因?yàn)殍F素體相對(duì)于有害夾雜如P、S有更大的固溶度，大大減小原來有害夾雜物P、S在晶界處的偏析，從而減小由于夾雜偏析所造成的熱裂傾向。同時(shí)鐵素體相的分散存在可使奧氏體相的枝晶發(fā)展受到限制，從而起到一定的細(xì)化組織和打亂枝晶方向性的作用，并造成晶界面積的增大，夾雜分布也將更均勻分散。本發(fā)明提出的以上成分的鐵基合金粉末，特別適用于等離子熔覆快速成形的需要，其熔覆層的硬度、耐磨性適中，在多層熔覆條件下，產(chǎn)生開裂和其它熔覆缺陷的傾向小，熔覆工藝性能良好，粉末成本低。該粉末也可在等離子單層熔覆修復(fù)過程中，用于恢復(fù)工件尺寸，或者作為功能熔覆層前的打底層，能適用于更廣泛的應(yīng)用需要。以上本
發(fā)明內(nèi)容部分已對(duì)本發(fā)明做了充分的說明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，本實(shí)施方式僅是本發(fā)明最佳實(shí)施方式，并非對(duì)本發(fā)明的限定。圖1是本合金熔覆層的X衍射圖。圖2是本合金的差熱分析DTA曲線。圖3是本合金等離子熔覆層掃描電鏡圖片圖4是本合金等離子多層熔覆制備12cm高筒形零件實(shí)物及加工后照片。具體實(shí)施方式實(shí)施例1等離子熔覆快速成形專用鐵基合金粉末成分(重量％)如下C:0.1%、Ni:5%、Cr:10%、B:0.5%、Si:1%、Mo:0.8%、Nb:0.4%、混合稀土0.4%，余量為Fe。本鐵基合金粉末按如下方法制備首先將工業(yè)純鐵(SiO.025、MnO.15、PO.01、SO.026、CO.002、余Fe)、工業(yè)硼鐵(B18.24、SiO.82、CO.4、A10.27)、工業(yè)硅鐵(Si75.25、SO.018、CO.09、PO.03、MnO.36、CrO.27)、工業(yè)鉻鐵(Cr61、CO.15、Sil.2、PO.03、SO.03)、工業(yè)純鎳(Ni99.81、CoO.02、SiO.02、FeO.032、CO.02、PO.003、SO.011、CuO.05)、工業(yè)鉬鐵(Mo60.28、SiO.49、CO.059、P0.051、SO.092)按成分比例稱重組成合金配料，放入中頻感應(yīng)爐中熔化，熔化過程中合金熔體表面加入硼砂和石英砂配成的渣料造渣，以減少合金成分的氧化燒損。合金熔清后，用不銹鋼皮包裹并用鐵絲捆扎的按比例稱重的鈮鐵(Nb63.08、Sil.15、C0.09、P0.11、S0.054)及混合稀土(Ce47wt%，La26wt%，Nd18wt%，Pr5wt%)快速壓入合金熔體內(nèi)，然后迅速將合金熔體侄入霧化器中間包進(jìn)行霧化制粉。霧化制粉用的霧化氣體為工業(yè)純氮?dú)?。將霧化制粉得到的合金粉末通過篩分，得到粒度為+325目-150目的合金粉末，這些合金粉末即是所需的等離子熔覆快速成形專用鐵基合金粉。實(shí)施例2:等離子熔覆快速成形專用鐵基合金粉末成分(重量％)如下C:0.15%、Ni:6%、Crl5%、B0.8%、Sil.2%、Mol.2%、NbO.3%、混合稀土0.3%，余量為Fe。制備方法同實(shí)施例l。實(shí)施例3:等離子熔覆快速成形專用鐵基合金粉末成分(重量％)如下C:0.05%、Ni:5%、Cr:12%、B:1%、SiO.8%、Mo:0.8%、Nb:0.5%、混合稀土0.5%，余量為Fe。制備方法同實(shí)施例l。實(shí)施例4:等離子熔覆快速成形專用鐵基合金粉末成分(重量％)如下C:0.15%、Ni:7%、Cr:12%、B:1%、Si:1.2%、Mo:0.8%、Nb:0.35%、混合稀土3.5%，余量為Fe。制備方法同實(shí)施例l。如圖1所示，圖1為實(shí)施例1制備的合金粉末等離子多層熔覆組織X衍射分析，衍射分析表明，熔覆層組織主要由Y(FeNi)固溶體和(FeCrNi)固溶體組成，F(xiàn)eCrNi固溶體為鐵素體組織，本發(fā)明奧氏體+鐵素體雙相組織具有優(yōu)良的抗裂敏感性。以實(shí)施例1用氣霧化法制備合金粉末及粉末等離子熔覆層性能測(cè)試結(jié)果如表1、表2所示。表1快速成形鐵基合金粉末物理性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>圖2為實(shí)施例2制備的合金粉末差熱分析結(jié)果由差熱分析圖，可以看出，粉末在1000°C左右開始產(chǎn)生明顯的放熱峰，直到1100°C左右，這個(gè)溫度區(qū)間為粉末熔化溫度區(qū)間。圖3為實(shí)施例3合金粉末等離子多層熔覆層組織(SEM)，由合金粉末等離子多層熔覆層掃描電鏡圖片可以看出，雖然局部表現(xiàn)為樹枝晶結(jié)構(gòu)，但組織的總體方向性已被打亂，沒有發(fā)現(xiàn)夾雜、氣孔、微裂紋等冶金缺陷。圖4為實(shí)施例4合金粉末等離子多層熔覆制備12cm高筒形零件實(shí)物及加工后照片?？梢钥闯觯瑢?duì)合金粉末多層熔覆試驗(yàn)表明，該合金材料具有良好的抗裂性，如附圖4所示，為采用該粉末連續(xù)等離子熔覆制備筒形試件，用時(shí)5小時(shí)，筒形零件直徑為5cm，高度12cm，整個(gè)熔覆過程中和熔覆后熔覆層均未產(chǎn)生裂紋冶金缺陷。采用Fe60合金粉末進(jìn)行了上述同樣的試驗(yàn)，結(jié)果表明，熔覆層高度為5cm左右就發(fā)生明顯的脆性斷裂。通過匪200摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)該粉末熔覆層進(jìn)行了磨損性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，該粉末熔覆層與普通碳鋼(A3鋼)的相對(duì)耐磨性為14.9，具有良好的耐磨性。權(quán)利要求一種等離子熔覆快速成形鐵基合金，其特征在于，其合金成分范圍為，重量百分比C0.05～0.15％、Ni4～8％、Cr10～15％、B0.1～1％、Si0.8～1.2％、Mo0.8～1.2％、Nb0.25～0.70％、混合RE0.25～3.5％，余量為Fe。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子熔敷快速成形鐵基合金，其特征在于，所述混合RE成分組成為Ce47wt%、La26wt%、Nd18wt%、Pr5wt%。全文摘要本發(fā)明公開了一種等離子熔覆快速成形鐵基合金，其合金成分范圍為，重量百分比C0.05～0.15％、Ni4～8％、Cr10～15％、B0.1～1％、Si0.8～1.2％、Mo0.8～1.2％、Nb0.25～0.70％、混合RE(成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％)Ce～47，La～26，Nd～18，Pr～5)0.25～3.5％，余量為Fe。本發(fā)明提出的以上成分的鐵基合金粉末，特別適用于等離子熔覆快速成形的需要，其熔覆層的硬度、耐磨性適中，在多層熔覆條件下，產(chǎn)生開裂和其它熔覆缺陷的傾向小，熔覆工藝性能良好，粉末成本低。該粉末也可在等離子單層熔覆修復(fù)過程中，用于恢復(fù)工件尺寸，或者作為功能熔覆層前的打底層，能適用于更廣泛的應(yīng)用需要。文檔編號(hào)C23C24/10GK101709469SQ20091024185公開日2010年5月19日申請(qǐng)日期2009年12月10日優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日發(fā)明者向永華,呂耀輝,徐濱士申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院