[发明专利]一种激光增材制造或再制造用30Cr15MoY合金钢粉末及其使用方法

说明书

本发明公开了一种激光增材制造或再制造用新型30Cr15MoY合金钢粉末及制备方法。该30Cr15MoY合金钢粉末，组成成分中含有0.25～0.35％的C、14.5～15.5％的Cr，具有中C高Cr含量的特点，含氧量在0.05％以下，球形度超过99％，空心球率不超过1％，松装密度为4.5～4.95g/cm³，流动性为15～15.5s/50g。激光增材制造制备的30Cr15MoY合金钢成形件样品平均显微硬度为370～430HV，抗拉强度为1090～1300MPa，屈服强度为800～980MPa，延伸率为7～14％，具有良好的强韧性匹配性能。激光再制造制备的30Cr15MoY合金钢涂层样品平均显微硬度为650～750HV，抗拉强度为1007～1438MPa，磨损率为6×10^‑6～8×10^‑6mm³/(N·m)，腐蚀电流密度为1.93×10^‑7～5.6×10^‑7A·cm^‑2，腐蚀电压为‑221～‑576mV，具有良好的耐磨及耐蚀合金样品的特征。本发明的合金钢粉末在激光增材制造制备成形件与激光再制造修复磨损腐蚀失效零件领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于激光增材制造或再制造金属技术领域，具体涉及一种激光增材制造或再制造用球形30Cr15MoY合金钢粉末及其激光打印方法。

背景技术

近年来，随着激光增材制造或再制造技术在制造与再制造金属关键零部件领域的广泛应用，如激光直接制造(3D成形)高铁制动盘、核电应急凸轮轴等零件及激光再制造熔覆修复冶金行业短应力线轧机失效关键部件辊箱、拉杆及机架等，激光增材制造与再制造用高性能合金钢粉末需求巨大。目前，国内外钛合金、钴基合金、镍基合金及低碳铁基合金粉末研究较为充分，但这些合金存在成本高、激光成形性差或耐腐蚀耐磨性能不能满足激光增材制造与再制造高耐磨损耐腐蚀关键零部件性能需求等不足之处。合金钢是工程关键零部件的最常用合金，合金钢粉末具有成本低、与基体成分接近，相容性好等优点。因此，研究发明制备激光成形性好、满足高硬度、高耐磨及高耐蚀性要求的激光增材制造与再制造耐磨关键零件的专用合金钢粉末已经成为激光增材制造与再制造金属关键零部件重中之重的工作之一。

激光增材制造与再制造关键金属部件的过程是一个非平衡冶金过程，具有热影响区小、变形量小、与基体形成良好的冶金结合、易于实现自动化等特点。合金成分是决定激光增材制造与再制造关键金属部件组织与性能的关键因素之一，对于低碳低合金的合金钢体系，其硬度一般较低(300～400HV)，不能满足高硬度高耐磨零件的性能需求；对于高C、高合金等成分复杂的耐磨合金钢体系而言，由于熔覆层存在典型的相变应力与热应力，易在激光增材制造与再制造高硬度高耐磨合金钢零件或涂层中产生裂纹与变形等缺陷，从而失去使用价值，同时高的碳含量也会对合金钢耐蚀性能产生不利影响；中碳合金钢在保证一定合金硬度的同时减小高碳含量对耐蚀性产生的不利影响。而市场上广泛使用的传统牌号的高硬度高耐磨的合金钢粉末，其成分设计思想主要依据的是平衡冶金的方法与理论，在利用市场上传统的高硬度高耐磨及高耐蚀类合金钢粉末进行激光增材制造与再制造时往往存在粉末打印性差、易产生变形开裂、强韧匹配性差、力学性能差、耐磨性及耐蚀性不能满足需求等科学问题。

针对上述科学问题，在15Cr13MoY合金钢的基础上，密切结合激光增材制造与再制造技术非平衡冶金的成形特点，创新设计适用于激光增材制造与再制造用高耐蚀高耐磨中碳合金钢成分，解决传统合金成分体系粉末激光成形过程中的成形性差(变形、开裂)、材料性能不满足需求等不足，以满足目前市场对激光增材制造及再制造专用高耐蚀高耐磨合金钢粉末的需求，为激光增材制造及再制造修复高耐蚀高耐磨合金钢关键零部件奠定材料基础。