[发明专利]激光增材制造高铁制动盘用梯度合金钢粉料及制备方法

说明书

本发明涉及激光增材制造高铁制动盘用梯度合金钢粉料，第一梯度合金粉料为100%的24CrNiMo低合金钢粉料；第二梯度合金粉料为65%24CrNiMo低合金钢粉料+35%耐磨蚀不锈钢粉料；第三梯度合金粉料为35%24CrNiMo低合金钢粉料+65%耐磨蚀不锈钢粉料；第四梯度合金粉料为100%的耐磨蚀不锈钢粉料；激光增材制造高铁制动盘用梯度合金钢的方法如下：1）基板预处理；2）称重，对于第二梯度合金粉料和第三梯度合金粉料需分别置入混粉机中进行混粉；3）采用双铺粉光纤激光加工系统激光选区熔化的方法，在奥氏体不锈钢基板表面依次熔化沉积。本发明能够在奥氏体不锈钢基板上，成功制备出基体层强韧性好，功能层硬度高、耐磨蚀的高性能梯度合金钢。

技术领域

本发明涉及激光增材制造材料技术领域，特别是涉及激光增材制造高铁制动盘用梯度合金钢粉料及激光增材制造方法。

背景技术

随着世界各国经济的发展，高速列车现已成为世界铁路的列车发展趋势，这无疑对制动材料和制动装置提出了更高的要求。制动盘是保证高铁安全运行的关键部件之一。高速铁路动车组的速度在先阶段已经提高到了380km/h，对刹车制动要求也在不断提高。高铁动车组制动方式是再生制动结合传统盘式制动，两种刹车方式的结合保障了我国高速铁路列车的行车安全。制动盘直径在600mm以上，制动盘内有许多复杂的冷却通道和散热肋。高速列车制动盘材料要具有摩擦因数稳定、密度低、比热容高、导热系数高、热膨胀系数小、硬度高、疲劳性能优良等特点。传统的制造方法包括模铸、锻造、热处理、机械加工等工序，存在成本高、材料利用率低、生产周期长等问题。因此，开发具有自主知识产权的制动盘材料对促进我国材料科学技术的发展具有重要意义，通过增材制造技术生产制造高性能合金钢制动盘势在必行。

近年来激光增材制造技术生产大型金属零件已经成为研究热点。增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除-切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。与传统加工技术相比，激光增材制造技术具有制造过程柔性化程度高、产品生产周期短、加工速度快、能够生产复杂结构的零件等优势，同时可实现零部件的功能化设计。目前，已有使用直接激光沉积制造制动盘的先例，但尚未有采用激光选区熔化方法制备梯度高铁制动盘的研究。激光增材制造新型梯度高铁制动盘具有低成本、高硬度和良好的磨损性能等优点。保证基体强度的同时，可以大幅提升外部强化层的硬度与耐磨蚀性，代替传统的制动盘的大量机加工及后续的喷涂、堆焊及激光熔覆等表面强化工艺手段。可用于对心部韧性和表面耐磨蚀性要求较高的刹车盘类零部件的制造。目前，激光选区熔化每次仅进行一种粉料的沉积，对复合材料的沉积效率较低，熔化沉积的材料性能不佳。

发明内容

发明目的：

本发明的发明目的是提供激光增材制造高铁制动盘用梯度合金钢粉料及制备方法。制备效率高，能够提高制动盘表面的硬度与耐磨蚀性能。

技术方案：

激光增材制造高铁制动盘用梯度合金钢粉料，梯度合金钢粉料由4种成分合金粉料组成，其中的第一梯度合金粉料为100％的24CrNiMo低合金钢粉料；第二梯度合金粉料为65％24CrNiMo低合金钢粉料+35％耐磨蚀不锈钢粉料；第三梯度合金粉料为35％24CrNiMo低合金钢粉料+65％耐磨蚀不锈钢粉料；第四梯度合金粉料为100％的耐磨蚀不锈钢粉料；

所述24CrNiMo低合金钢粉料组分质量百分比为C：0.20～0.25％，Cr：0.98～1.04％，Ni：0.96～1.02％，Si：0.37～0.50％，Mo：0.45～0.54％，Mn：0.90～1.02％，O：0.018％，其余为Fe；

所述耐磨蚀不锈钢粉料组分质量百分比为C：0.16～0.18％，Cr：15.00～16.50％，Ni：4.70～10.70％，Si：1.04～1.15％，Mo：0.91～1.50％，Mn：0.45～0.50％，B：1.14～1.25％，Ti：0.50～1.50％，Re：0.50～1.80％，其余为Fe。