CN110238383A - 模具钢激光熔覆再制造用合金粉末及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了模具钢激光熔覆再制造用合金粉末及其制备方法，合金粉末按重量百分比组成分别是：0.45‑0.60％C、4.20‑8.50％Co、3.20‑4.80％Cr、1.20‑3.35％Mo、0.60‑2.40％Mn、0.40‑0.85％Nb、0.50‑2.40％Si，0.8‑3.2％B、0.01‑0.03％Y2O3、0.01‑0.03％La2O3、P≤0.035％、S≤0.025％、余量Ni，本发明解决并提高了合金粉末在激光熔覆过程中的抗裂性、成形性、工艺稳定性和成分均匀性，提高了4Cr5Mo3V模具钢的高温力学性能，延长了4Cr5Mo3V钢的使用寿命，经济性好。
Description
技术领域
本发明涉及合金粉末材料科学技术领域，特别涉及模具钢激光熔覆再制造用合金粉末及其制备方法。
背景技术
4Cr5Mo3V模具钢用于制造冲击载荷大的成型冲、切底冲等锻模，热挤压模，精锻模，是热作模具钢中性能优良的一种代表性钢号。但4Cr5Mo3V模具钢本身含碳量高，因而焊接性较差，采用传统的焊接技术对4Cr5Mo3V进行堆焊时，由于热输入量大，在焊缝、熔合区和热影响区都易出现大量的白口和淬硬组织。选择合适的再制造工艺和合金材料是4Cr5Mo3V模具再制造的关键所在。
激光熔覆是以高能密度的激光为热源，将具有特殊使用性能的材料涂覆在基材表面，利用高功率密度的激光束使之与基材表面极薄层同时熔凝，并迅速凝固后形成稀释度极低、与基体成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等特性的工艺方法。其具有能量密度高、热影响区小、热变形小、易于实现选区再制造等特点，为4Cr5Mo3V模具钢再制造提供了新的技术手段。
目前，国内外市场上激光熔覆专用的合金粉末并不多见，尤其是适用于4Cr5Mo3V模具钢激光熔覆再制造的能够有效控制白口组织的形成，且具有高温硬度高、抗冲击、耐疲劳、易于加工等综合性能优越的合金粉末尚未见报道。基本上是采用喷焊或喷涂用合金粉末，或在此类粉末基础上，按不同比例加以调配，并以机械混合的形式配制所需的各种合金粉末。这些混合粉存在诸如混合不均匀、流动性差、膨胀系数差异大等问题，导致在实际熔覆中无法控制裂绞、气孔、白口、偏析、性能不稳、不易机加等缺陷。亟待开发一种价格适中、高温硬度高、耐疲劳、抗氧化性好、机加方便的合金粉末，专用于激光熔覆，解决4Cr5Mo3V模具再制造过程中优选覆层材料问题。同时，也适用于作为其他热作模具的激光熔覆再制造合金粉末，应用前景广阔，具有重大的社会、经济效益。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供模具钢激光熔覆再制造用合金粉末及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末，所述合金粉末按重量百分比组成分别是：0.45-0.60％C、4.20-8.50％Co、3.20-4.80％Cr、1.20-3.35％Mo、0.60-2.40％Mn、0.40-0.85％Nb、0.50-2.40％Si，0.8-3.2％B、0.01-0.03％Y2O3、0.01-0.03％La2O3、P≤0.035％、S≤0.025％、余量Ni。
作为优选，Co为5.60-7.50％。
作为优选，所述Si为1.80-2.20％。
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、首先按重量百分比将0.45-0.60％C、4.20-8.50％Co、3.20-4.80％Cr、1.20-3.35％Mo、0.60-2.40％Mn、0.40-0.85％Nb、0.50-2.40％Si，0.8-3.2％B、0.01-0.03％Y2O3、0.01-0.03％La2O3、P≤0.035％、S≤0.025％、余量Ni放入中频感应炉内，在氮气气氛下加热到1500-1600℃，使粉末完全融化并混合均匀，得到熔融的金属液；
步骤二、将熔融的金属液流注入水雾化设备的漏包柑锅，在漏包柑锅的下方置有水雾化喷嘴，当熔融的金属液流通过导流嘴流经水雾化喷嘴时，被喷嘴射出的高速水流击碎成合金小液滴，随后合金小液滴滴落在水中凝固成粉末，然后降温，得到4Cr5Mo3V模具钢激光熔覆再制造用合金粉末。
4Cr5Mo3V模具钢再制造用合金粉末的粒度为150-300目。
本发明的有益效果如下：本发明钢激光熔覆再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是合金成份基础上添加Co元素，提高其高温力学性能；本发明4Cr5Mo3V钢激光熔覆再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是在合金成份基础上添加稀土微量元素Y2O3、La2O3，因此起到良好的脱硫、脱氧作用，减少熔覆层气孔的形成，同时稀土元素的加入还有助于细化晶粒，强化晶界，提高熔覆层力学性能；通过添加合金基体强化元素、晶粒细化晶界强化元素，并调整各元素的百分比含量，使合金获得优越的综合性能，从而实现了合金在具有较好高温硬度的同时，又增加了抗高温氧化、耐疲劳性能，从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆过程中的抗裂性、成形性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了再制造部件对熔覆层耐温、耐蚀、耐磨、耐疲劳、抗冲击和较高强度等的综合性能要求；该金属粉末具有优选合金含量搭配，能够致密紧实的与4Cr5Mo3V钢基体结合，大幅度提升4Cr5Mo3V钢的表面性能，延长4Cr5Mo3V钢的使用寿命，经济性好，为成功再制造失效4Cr5Mo3V模具提供了一种行之有效的方法。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步说明：
实施例1：
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末，所述合金粉末按重量百分比组成分别是：0.45-0.60％C、4.20-8.50％Co、3.20-4.80％Cr、1.20-3.35％Mo、0.60-2.40％Mn、0.40-0.85％Nb、0.50-2.40％Si，0.8-3.2％B、0.01-0.03％Y2O3、0.01-0.03％La2O3、P≤0.035％、S≤0.025％、余量Ni。
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、首先按重量百分比将0.45-0.60％C、4.20-8.50％Co、3.20-4.80％Cr、1.20-3.35％Mo、0.60-2.40％Mn、0.40-0.85％Nb、0.50-2.40％Si，0.8-3.2％B、0.01-0.03％Y2O3、0.01-0.03％La2O3、P≤0.035％、S≤0.025％、余量Ni放入中频感应炉内，在氮气气氛下加热到1500-1600℃，使粉末完全融化并混合均匀，得到熔融的金属液；
步骤二、将熔融的金属液流注入水雾化设备的漏包柑锅，在漏包柑锅的下方置有水雾化喷嘴，当熔融的金属液流通过导流嘴流经水雾化喷嘴时，被喷嘴射出的高速水流击碎成合金小液滴，随后合金小液滴滴落在水中凝固成粉末，然后降温，得到4Cr5Mo3V模具钢激光熔覆再制造用合金粉末。
4Cr5Mo3V模具钢再制造用合金粉末的粒度为150-300目。
本发明4Cr5Mo3V钢激光熔覆再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是合金成份基础上添加Co元素，提高其高温力学性能；本发明4Cr5Mo3V钢激光熔覆再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是在合金成份基础上添加稀土微量元素Y2O3、La2O3，因此起到良好的脱硫、脱氧作用，减少熔覆层气孔的形成，同时稀土元素的加入还有助于细化晶粒，强化晶界，提高熔覆层力学性能；通过添加合金基体强化元素、晶粒细化晶界强化元素，并调整各元素的百分比含量，使合金获得优越的综合性能，从而实现了合金在具有较好高温硬度的同时，又增加了抗高温氧化、耐疲劳性能。从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆过程中的抗裂性、成形性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了再制造部件对熔覆层耐温、耐蚀、耐磨、耐疲劳、抗冲击和较高强度等的综合性能要求；该金属粉末具有优选合金含量搭配，能够致密紧实的与4Cr5Mo3V钢基体结合，大幅度提升4Cr5Mo3V钢的表面性能，延长4Cr5Mo3V钢的使用寿命，经济性好，为成功再制造失效4Cr5Mo3V模具提供了一种行之有效的方法。
实施例2：
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末，所述合金粉末按重量百分比组成分别是：0.45％C、4.20Co、3.20％Cr、1.20％Mo、0.60％Mn、0.40％Nb、0.50％Si，0.8％B、0.01％Y2O3、0.01％La2O3、P≤0.035％、S≤0.025％、余量Ni。
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、首先按重量百分比将0.45％C、4.20Co、3.20％Cr、1.20％Mo、0.60％Mn、0.40％Nb、0.50％Si，0.8％B、0.01％Y2O3、0.01％La2O3、P≤0.035％、S≤0.025％、余量Ni放入中频感应炉内，在氮气气氛下加热到1500-1600℃，使粉末完全融化并混合均匀，得到熔融的金属液；
步骤二、将熔融的金属液流注入水雾化设备的漏包柑锅，在漏包柑锅的下方置有水雾化喷嘴，当熔融的金属液流通过导流嘴流经水雾化喷嘴时，被喷嘴射出的高速水流击碎成合金小液滴，随后合金小液滴滴落在水中凝固成粉末，然后降温，得到4Cr5Mo3V模具钢激光熔覆再制造用合金粉末。
4Cr5Mo3V模具钢激光熔覆再制造用合金粉末的粒度为150-300目。
本发明4Cr5Mo3V钢激光熔覆再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是合金成份基础上添加Co元素，提高其高温力学性能；本发明4Cr5Mo3V钢激光熔覆再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是在合金成份基础上添加稀土微量元素Y2O3、La2O3，因此起到良好的脱硫、脱氧作用，减少熔覆层气孔的形成，同时稀土元素的加入还有助于细化晶粒，强化晶界，提高熔覆层力学性能；通过添加合金基体强化元素、晶粒细化晶界强化元素，并调整各元素的百分比含量，使合金获得优越的综合性能，从而实现了合金在具有较好高温硬度的同时，又增加了抗高温氧化、耐疲劳性能。从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆过程中的抗裂性、成形性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了再制造部件对熔覆层耐温、耐蚀、耐磨、耐疲劳、抗冲击和较高强度等的综合性能要求；该金属粉末具有优选合金含量搭配，能够致密紧实的与4Cr5Mo3V钢基体结合，大幅度提升4Cr5Mo3V钢的表面性能，延长4Cr5Mo3V钢的使用寿命，经济性好，为成功再制造失效4Cr5Mo3V模具提供了一种行之有效的方法。
实施例3：
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末，所述合金粉末按重量百分比组成分别是：0.60％C、8.50％Co、4.80％Cr、3.35％Mo、2.40％Mn、0.40-0.85％Nb、2.40％Si、3.2％B、0.03％Y2O3、0.03％La2O3、P≤0.035％、S≤0.025％、余量Ni。
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、首先按重量百分比将0.60％C、8.50％Co、4.80％Cr、3.35％Mo、2.40％Mn、0.40-0.85％Nb、2.40％Si、3.2％B、0.03％Y2O3、0.03％La2O3、P≤0.035％、S≤0.025％、余量Ni放入中频感应炉内，在氮气气氛下加热到1500-1600℃，使粉末完全融化并混合均匀，得到熔融的金属液；
步骤二、将熔融的金属液流注入水雾化设备的漏包柑锅，在漏包柑锅的下方置有水雾化喷嘴，当熔融的金属液流通过导流嘴流经水雾化喷嘴时，被喷嘴射出的高速水流击碎成合金小液滴，随后合金小液滴滴落在水中凝固成粉末，然后降温，得到4Cr5Mo3V模具钢激光熔覆再制造用合金粉末。
4Cr5Mo3V模具钢再制造用合金粉末的粒度为150-300目。
本发明4Cr5Mo3V钢激光熔覆再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是合金成份基础上添加Co元素，提高其高温力学性能；本发明4Cr5Mo3V钢激光熔覆再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是在合金成份基础上添加稀土微量元素Y2O3、La2O3，因此起到良好的脱硫、脱氧作用，减少熔覆层气孔的形成，同时稀土元素的加入还有助于细化晶粒，强化晶界，提高熔覆层力学性能；通过添加合金基体强化元素、晶粒细化晶界强化元素，并调整各元素的百分比含量，使合金获得优越的综合性能，从而实现了合金在具有较好高温硬度的同时，又增加了抗高温氧化、耐疲劳性能。从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆过程中的抗裂性、成形性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了再制造部件对熔覆层耐温、耐蚀、耐磨、耐疲劳、抗冲击和较高强度等的综合性能要求；该金属粉末具有优选合金含量搭配，能够致密紧实的与4Cr5Mo3V钢基体结合，大幅度提升4Cr5Mo3V钢的表面性能，延长4Cr5Mo3V钢的使用寿命，经济性好，为成功再制造失效4Cr5Mo3V模具提供了一种行之有效的方法。
实施例4：
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末，所述合金粉末按重量百分比组成分别是：0.52％C，6.80％Co，3.80％Cr，2.30％Mo，1.25％Mn，0.64Nb，1.80％Si，1.5％B，0.01％Y2O3，0.01％La2O3、P≤0.035％、S≤0.025％、余量Ni。
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、首先按重量百分比将0.52％C，6.80％Co，3.80％Cr，2.30％Mo，1.25％Mn，0.64Nb，1.80％Si，1.5％B，0.01％Y2O3，0.01％La2O3、P≤0.035％、S≤0.025％、余量Ni放入中频感应炉内，在氮气气氛下加热到1500-1600℃，使粉末完全融化并混合均匀，得到熔融的金属液；
步骤二、将熔融的金属液流注入水雾化设备的漏包柑锅，在漏包柑锅的下方置有水雾化喷嘴，当熔融的金属液流通过导流嘴流经水雾化喷嘴时，被喷嘴射出的高速水流击碎成合金小液滴，随后合金小液滴滴落在水中凝固成粉末，然后降温得到4Cr5Mo3V模具钢激光熔覆再制造用合金粉末。
本发明4Cr5Mo3V钢激光熔覆再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是合金成份基础上添加Co元素，提高其高温力学性能；本发明4Cr5Mo3V钢激光熔覆再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是在合金成份基础上添加稀土微量元素Y2O3、La2O3，因此起到良好的脱硫、脱氧作用，减少熔覆层气孔的形成，同时稀土元素的加入还有助于细化晶粒，强化晶界，提高熔覆层力学性能；通过添加合金基体强化元素、晶粒细化晶界强化元素，并调整各元素的百分比含量，使合金获得优越的综合性能，从而实现了合金在具有较好高温硬度的同时，又增加了抗高温氧化、耐疲劳性能。从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆过程中的抗裂性、成形性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了再制造部件对熔覆层耐温、耐蚀、耐磨、耐疲劳、抗冲击和较高强度等的综合性能要求；该金属粉末具有优选合金含量搭配，能够致密紧实的与4Cr5Mo3V钢基体结合，大幅度提升4Cr5Mo3V钢的表面性能，延长4Cr5Mo3V钢的使用寿命，经济性好，为成功再制造失效4Cr5Mo3V模具提供了一种行之有效的方法。
实施例5：
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末，所述合金粉末按重量百分比组成分别是：0.48％C，6.90％Co，4.20％Cr，1.50％Mo，0.85％Mn，0.50Nb，2.10％Si，1.8％B，0.02％Y2O3，0.01％La2O3，P≤0.035％、S≤0.025％，余量Ni。
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、首先按重量百分比将0.48％C，6.90％Co，4.20％Cr，1.50％Mo，0.85％Mn，0.50Nb，2.10％Si，1.8％B，0.02％Y2O3，0.01％La2O3，P≤0.035％、S≤0.025％，余量Ni放入中频感应炉内，在氮气气氛下加热到1500-1600℃，使粉末完全融化并混合均匀，得到熔融的金属液；
步骤二、将熔融的金属液流注入水雾化设备的漏包柑锅，在漏包柑锅的下方置有水雾化喷嘴，当熔融的金属液流通过导流嘴流经水雾化喷嘴时，被喷嘴射出的高速水流击碎成合金小液滴，随后合金小液滴滴落在水中凝固成粉末，然后降温得到4Cr5Mo3V模具钢激光熔覆再制造用合金粉末。
本发明4Cr5Mo3V钢激光熔覆再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是合金成份基础上添加Co元素，提高其高温力学性能；本发明4Cr5Mo3V钢激光熔覆再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是在合金成份基础上添加稀土微量元素Y2O3、La2O3，因此起到良好的脱硫、脱氧作用，减少熔覆层气孔的形成，同时稀土元素的加入还有助于细化晶粒，强化晶界，提高熔覆层力学性能；通过添加合金基体强化元素、晶粒细化晶界强化元素，并调整各元素的百分比含量，使合金获得优越的综合性能，从而实现了合金在具有较好高温硬度的同时，又增加了抗高温氧化、耐疲劳性能。从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆过程中的抗裂性、成形性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了再制造部件对熔覆层耐温、耐蚀、耐磨、耐疲劳、抗冲击和较高强度等的综合性能要求；该金属粉末具有优选合金含量搭配，能够致密紧实的与4Cr5Mo3V钢基体结合，大幅度提升4Cr5Mo3V钢的表面性能，延长4Cr5Mo3V钢的使用寿命，经济性好，为成功再制造失效4Cr5Mo3V模具提供了一种行之有效的方法。
实施例6：
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末，所述合金粉末按重量百分比组成分别是：0.48％C，6.90％Co，4.20％Cr，1.50％Mo，0.85％Mn，0.50Nb，2.10％Si，1.8％B，0.02％Y2O3，0.01％La2O3，P≤0.035％、S≤0.025％，余量Ni。
模具钢激光熔覆再制造用合金粉末的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、首先按重量百分比将0.58％C，4.70％Co，3.80％Cr，1.60％Mo，1.40％Mn，0.65Nb，1.90％Si，2.4％B，0.01％Y2O3，0.03％La2O3，P≤0.035％、S≤0.025％，余量Ni放入中频感应炉内，在氮气气氛下加热到1500-1600℃，使粉末完全融化并混合均匀，得到熔融的金属液；
步骤二、将熔融的金属液流注入水雾化设备的漏包柑锅，在漏包柑锅的下方置有水雾化喷嘴，当熔融的金属液流通过导流嘴流经水雾化喷嘴时，被喷嘴射出的高速水流击碎成合金小液滴，随后合金小液滴滴落在水中凝固成粉末，然后降温得到4Cr5Mo3V模具钢激光熔覆再制造用合金粉末。
本发明4Cr5Mo3V钢再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是合金成份基础上添加Co元素，提高其高温力学性能；本发明4Cr5Mo3V钢激光熔覆再制造用合金粉末材料，所述材料激光熔覆再制造用合金粉末是在合金成份基础上添加稀土微量元素Y2O3、La2O3，因此起到良好的脱硫、脱氧作用，减少熔覆层气孔的形成，同时稀土元素的加入还有助于细化晶粒，强化晶界，提高熔覆层力学性能；通过添加合金基体强化元素、晶粒细化晶界强化元素，并调整各元素的百分比含量，使合金获得优越的综合性能，从而实现了合金在具有较好高温硬度的同时，又增加了抗高温氧化、耐疲劳性能。从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆过程中的抗裂性、成形性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了再制造部件对熔覆层耐温、耐蚀、耐磨、耐疲劳、抗冲击和较高强度等的综合性能要求；该金属粉末具有优选合金含量搭配，能够致密紧实的与4Cr5Mo3V钢基体结合，大幅度提升4Cr5Mo3V钢的表面性能，延长4Cr5Mo3V钢的使用寿命，经济性好，为成功再制造失效4Cr5Mo3V模具提供了一种行之有效的方法。
需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，总之，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.模具钢激光熔覆再制造用合金粉末，其特征在于，所述合金粉末按重量百分比组成分别是：0.45-0.60％C、4.20-8.50％Co、3.20-4.80％Cr、1.20-3.35％Mo、0.60-2.40％Mn、0.40-0.85％Nb、0.50-2.40％Si、0.8-3.2％B、0.01-0.03％Y2O3、0.01-0.03％La2O3、P≤0.035％、S≤0.025％、余量Ni。
2.根据权利要求1所述模具钢激光熔覆再制造用合金粉末，其特征在于，所述Co为5.60-7.50％。
3.根据权利要求1所述模具钢激光熔覆再制造用合金粉末，其特征在于，所述Si为1.80-2.20％。
4.根据权利要求1所述模具钢激光熔覆再制造用合金粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、首先按重量百分比将0.45-0.60％C、4.20-8.50％Co、3.20-4.80％Cr、1.20-3.35％Mo、0.60-2.40％Mn、0.40-0.85％Nb、0.50-2.40％Si、0.8-3.2％B、0.01-0.03％Y2O3、0.01-0.03％La2O3、P≤0.035％、S≤0.025％、余量Ni放入中频感应炉内，在氮气气氛下加热到1500-1600℃，使粉末完全融化并混合均匀，得到熔融的金属液；
步骤二、将熔融的金属液流注入水雾化设备的漏包柑锅，在漏包柑锅的下方置有水雾化喷嘴，当熔融的金属液流通过导流嘴流经水雾化喷嘴时，被喷嘴射出的高速水流击碎成合金小液滴，随后合金小液滴滴落在水中凝固成粉末，然后降温，得到4Cr5Mo3V模具钢激光熔覆再制造用合金粉末。
5.根据权利要求4所述模具钢激光熔覆再制造用合金粉末的制备方法，其特征在于，所述4Cr5Mo3V模具钢激光熔覆再制造用合金粉末的粒度为150-300目。
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