[发明专利]一种激光增材制造用50Cr6Ni2Y合金钢粉末及其制备方法

说明书

本发明公开了一种激光增材制造用新型50Cr6Ni2Y合金钢粉末及制备方法。该50Cr6Ni2Y合金钢粉末，组成成分具有高C、高Cr(5.8～6.1％)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4.75～4.85/cm³，流动性为17.5～18.5s/50g。激光增材制造制备的50Cr6Ni2Y合金钢样品的显微硬度为570～587HV_0.2，抗拉强度为1052～1281MPa，屈服强度为505～937MPa，平均延伸率为2％～4％，具有良好的激光增材制造强韧性合金样品的特征，在激光增材制造高品质机械装备的高耐磨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金属技术领域，具体涉及一种激光增材制造用球形50Cr6Ni2Y合金钢粉末及其制备方法和使用方法。

背景技术

近年来，随着激光增材制造技术在制造金属耐磨零件领域的快速发展，例如冶金行业轧机的轧辊以及衬板、高铁制动盘、核电应急凸轮轴等零件的激光熔覆修复、再制造与直接制造(3D成形)用高性能合金钢粉末需求巨大，但目前，国内外在满足这些领域零件制造所需要的高硬度耐磨合金钢粉末的研究方面尚存在明显不足。因此，研究发明能够满足成形性好、高硬度、耐磨且强韧性匹配的激光增材制造耐磨关键零件的专用合金钢粉末已经成为重中之重的工作之一。

激光增材制造金属零件过程实际上是一个非平衡冶金过程，往往存在着激光与材料之间复杂的相互作用，融合了物理、化学、力学以及冶金之间多门学科的综合应用技术。对于成分复杂的例如高C、高C耐磨合金钢体系而言，由于存在典型的相变应力与热应力，易在激光增材制造高硬度耐磨合金钢零件过程中产生裂纹与变形。而市场上广泛使用的传统牌号的高C含量的合金钢粉末，其成分设计思想主要依据的是平衡冶金的方法与理论，因此，传统市场上应用的高C、高Cr类合金钢粉末，在进行激光增材制造时存在粉末打印性差、易产生变形开裂、强韧匹配性差及力学性能差等科学问题。针对这些科学问题，需要依托传统合金钢成分体系，紧密结合激光增材制造技术非平衡冶金的特点，进行适用于激光增材制造用高性能合金钢成分的创新设计，来解决材料成形过程中的变形开裂、成形性差以及成形材料性能不达标等问题，以满足目前市场对于激光制造及再制造技术专用新型高硬度耐磨合金钢粉末的需求，为激光增材制造高硬度耐磨合金钢零件奠定基础。

采用24CrNiMoY、12CrNi2RE合金钢粉末等，通过激光增材制造的金属零件，其硬度值为300～400HV，抗拉强度达到900～1200MPa，延伸率达到8～12％，已经能够满足激光增材制造典型耐磨零件例如高铁制动盘、核电应急轴、冶金轧机等高品质装备零件的芯部部分的制造。但这类耐磨关键零件的应用工况要求其表面工作层硬度要达到500～900HV，尚没有可商业化应用的高硬度合金钢粉末来满足零件表面工作层的激光增材制造，从而形成外强(即高硬度耐磨)内韧(即低硬度高韧性)的制造高性能关键零件。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种激光增材制造用50Cr6Ni2Y合金钢粉末及其制备方法和使用方法。本发明通过提高合金钢中C、Cr元素成分比例，经过理论模拟与实验验证相结合方法，创新设计出了具有更高硬度的新型的50Cr6Ni2Y合金钢成分体系，成形样品硬度达到570～587HV_0.2，为零件表面高硬度耐磨工作层的工业化应用提供了一种新材料。

本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的。

本发明的一方面，提供一种激光增材制造用50Cr6Ni2Y合金钢粉末，按照质量百分含量由以下成分组成：C：0.45～0.55％，Cr：5.8～6.1％，Si：0.5～0.6％，Ni：1.8～2.0％，Mn：0.45～0.55％，Y：0.45～0.5％，N：≤0.01％，H：≤0.01％，O：≤0.05％，余量为Fe。