[发明专利]一种利用激光选区熔化技术制备增韧24CrNiMo合金钢的方法

说明书

本发明涉及一种激光选区熔化技术制备增韧24CrNiMo合金钢的方法。本发明通过机械球磨制备出质量比确定、物相均一的24CrNiMo/CeO₂复合粉末，按照预定的激光选区熔化路径和工艺参数逐层快速成形出合金钢构件。通过CeO₂在激光熔池内细化晶粒、净化熔池等作用，成形出组织细小，无裂纹，气孔等明显缺陷的试样，采用大功率，大铺粉厚度，低扫描速度的激光选区熔化工艺，提高成形率。本发明的24CrNiMo合金钢构件室温拉伸抗拉强度达到1000MPa级别，延伸率达到20～26％，提高了激光选区熔化技术制备24CrNiMo合金钢的强度和韧性。本发明技术主要应用于24CrNiMo合金钢高铁制动盘的激光增材制造。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种激光选区熔化技术制备CeO₂增韧24CrNiMo合金钢的方法。

技术背景

高铁制动盘是保障高速列车可靠运行的关键零部件之一，制动盘材料必须具有高摩擦系数稳定性、高温成分稳定性和足够的机械强度和韧性，防止制动盘过早出现裂纹等缺陷。Cr-Ni-Mo系低合金高强度钢具有良好的强韧性和较高的耐热性，24CrNiMo合金钢是目前常用的高速列车制动盘用钢。制动盘传统制造方法存在着生产周期长、制造成本高、热处理工序复杂等问题，同时核心技术被国外垄断并形成了相关技术保护。激光增材制造技术是一种集计算机辅助设计精密机械、数控激光技术和材料科学为一体的全新制造技术。激光选区熔化技术作为激光增材制造技术之一，经过几十年的发展，已经成为国内外重点发展的新型产业化技术。

近年来，激光选区熔化技术在铁基合金上的研究和应用包括316L、304等不锈钢，快速成形后金属构件的室温抗拉强度仅为500MPa级别，限制了其应用领域；而应用在18Ni-300马氏体沉淀硬化钢、H13高速钢方面，快速成形后虽然抗拉强度能达到1200MPa，但是金属构件的延伸率只有6～8％左右，远远达不到锻件水平。目前关于24CrNiMo合金钢的激光选区熔化技术工艺与性能上的研究还较少。同时如何从材料设计的角度进一步提高激光选区熔化技术制备24CrNiMo合金钢韧性的研究还未见报道。

发明内容

针对目前激光选区熔化技术制备的合金钢构件普遍存在的韧性较差问题，本发明的目的是提供一种用于激光选区熔化技术制备增韧24CrNiMo合金钢的材料以及大幅度提高激光选区熔化技术制备24CrNiMo合金钢韧性的方法。通过在24CrNiMo合金钢粉末中机械球磨混合CeO₂粉末制备复合粉末，利用稀土元素在激光熔池内的细化晶粒、净化熔池等作用，进一步提高激光选区熔化合金钢组织的强韧性匹配关系。在快速成形构件拥有高强度的同时，韧性大幅度提高，减少选区熔化过程中易出现的裂纹问题，同时又不需要经过后续热处理就能够达到目标产品力学性能使用要求。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种用于激光选区熔化技术制备增韧24CrNiMo合金钢的材料，所述的材料由24CrNiMo合金钢粉末和CeO₂粉末按质量百分比0.1～0.7：99.9～99.3组成。

在上述技术方案中，所述的24CrNiMo合金钢粉末按照质量百分含量由以下合金元素组成：C：0.20～0.26％、Cr：0.97～1.02％、Ni：0.95～1.02％、Mo：0.45～0.55％、Mn:0.90～1.02％、Si：0.35～0.50％、O:0.18～0.20％、余量为Fe；所述的CeO₂粉末为分析纯。

在上述技术方案中，所述的24CrNiMo合金钢粉末为粒径分布范围15～70μm的球形粉末，CeO₂粉末的粒径为1～10μm。

本发明的另一方面，还提供利用激光选区熔化技术制备本发明所述增韧24CrNiMo合金钢的方法，其特征在于，包括如下步骤：