高硬度耐磨材料组合物的制作方法

1.本发明涉及一种高硬度耐磨材料，尤其涉及一种可通过激光熔覆进行增材制造的高硬度耐磨材料。


背景技术：

2.金属成型的生产过程中，需要专用的工装设备来确定产品的形态与性能，由于强烈的冲击，此部位需要具有高硬度、高耐磨、耐冲击等性能。
3.增材制造(3d打印)工艺的产生，为冲头、切刀的加工和生产带来了新的思路。通过增材制造(例如激光熔覆技术)在冲头和切刀(刀锋)基材表面形成高硬度耐磨合金层，一方面可以降低对基材的高性能要求，降低基材成本，另一方面也方便了冲头和切刀刀锋的加工。
4.这就需要寻找一种具有高硬度耐磨和耐冲击的焊接材料与合金材料，其应该便于通过激光熔覆增材制造技术附着于冲头和切刀表面。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种高硬度耐磨材料，其可以通过激光熔覆增材制造技术附着于冲头和切刀等金属制品表面，提高所述金属制品的性能。
6.本技术第一方面是提供一种高硬度耐磨材料组合物，元素包括铁(fe)、碳(c)、硅(si)、锰(mn)、铬(cr)、镍(ni)、钒(v)、钼(mo)、钴(co)。
7.在一种优选实施例中，所述高硬度耐磨材料组合物，所述元素重量比例为：c 0.6-1.6％，si 0.5-1.2％，mn 0.2-0.5％，cr 4-10％，ni 0.01-0.1％，v 1-6％，mo 1-5％，co 1-5％；fe≥80％。
8.在一种优选实施例中，所述高硬度耐磨材料组合物，所述元素重量比例为：c 0.8-1.4％，si 0.6-1.0％，mn 0.25-0.35％，cr 5-9％，ni 0.03-0.08％，v 2-5％，mo 2-3.5％，co 2-4％；fe≥80％。
9.在一种优选实施例中，所述高硬度耐磨材料组合物，所述元素重量比例为：c 1.0-1.2％，si 0.7-0.8％，mn 0.28-0.3％，cr 6.5-7.5％，ni 0.05-0.06％，v3-3.8％，mo 2.5-3％，co 2.8-3.5％；fe≥80％。
10.在一种优选实施例中，还可以存在的硫(s)。按照重量比例，s含量优选为不超过0.02％，更优选为0.001-0.02％，更优选为0.005-0.015％，更优选为0.01-0.012％。
11.在一种优选实施例中，还可以存在的磷(p)。按照重量比例，p含量优选为不超过0.003％，更优选为0.0005-0.002％，更优选为0.0008-0.001％。
12.在一种优选实施例中，还可以存在的钨(w)。按照重量比例，w含量优选为不超过0.02％，更优选为0.0001-0.01％。
13.在一种优选实施例中，本技术所述的高硬度耐磨材料组合物，为粉末形态。优选地，所述高硬度耐磨材料组合物为球形粉末形态。其粒径优选为在10-80μm之间，更优选为
15-65μm之间，例如，15-55μm之间。
14.本技术提供一种提高金属制品硬度和耐磨性的方法，包括：
15.提供金属制品，
16.通过激光熔覆技术，将本技术第一个方面所述的高硬度耐磨材料组合物附着在金属制品表面。
17.在一种优选实施例中，所述金属制品可以是冲头(包括冲压头)、切刀、锉刀、锯中的任意一种或更多种。
18.在一种优选实施例中，所述激光熔覆是指，粉末状的所述高硬度耐磨材料组合物的，环绕激光束落到金属制品表面，所述激光束按照预设速度运动。
19.一种金属制品，包括基体，以及基体表面覆盖的合金层，所述合金层由本技术第一方面所述高硬度耐磨材料组合物制成。
20.在一种优选实施例中，所述高硬度耐磨材料组合物通过激光熔覆技术附着到所述金属制品基体的表面。
21.本技术所提供的高硬度耐磨材料组合物，可以用于冲头、切刀等工具的表面增强，获得高硬度、高耐磨性能，同时解决高碳合金所带来的易开裂、脆性的缺陷。本技术通过特定元素配比，结合激光堆焊(激光熔覆)，实现了耐冲击与高强度的平衡。
附图说明
22.图1为焊接用金属组合物增材制造装置的结构示意图。
23.图例说明：
24.1、激光光束；2、粉末状耐磨材料组合物；3、熔池；4、冲头表面。
具体实施方式
25.本技术提供了一种高硬度耐磨材料组合物及其应用。本技术所述的耐磨材料组合物中，包括如下元素：
26.c 0.6-1.6％，优选为0.8-1.4％，更优选为1.0-1.2％；
27.si 0.5-1.2％，优选为0.6-1.0％，更优选为0.7-0.8％；
28.mn 0.2-0.5％，优选为0.25-0.35％，更优选为0.28-0.3％；
29.cr 4-10％，优选为5-9％，更优选为6.5-7.5％；
30.ni 0.01-0.1％，优选为0.03-0.08％，更优选为0.05-0.06％；
31.v 1-6％，优选为2-5％，更优选为3-3.8％；
32.mo 1-5％，优选为2-3.5％，更优选为2.5-3％；
33.co 1-5％；优选为2-4％，更优选为2.8-3.5％；
34.s≤0.02％，优选为0.005-0.015％，更优选为0.01-0.012％；
35.p≤0.003％，优选为0.0005-0.002％，更优选为0.0008-0.001％；
36.w≤0.02％，优选为0.0001-0.01％；
37.fe≥80％(或其余为fe)。
38.本技术所述的材料组合物，优选为球形粉末状形态。其粒径优选为在10-80μm之间，更优选为15-65μm之间，例如，15-55μm之间。
39.实施例1
40.本实施例中，各元素组分为：
41.c 1.0％；si 0.8％；mn 0.25％；cr 7％；ni 0.06％；v 3.5％；mo 2.5％；co 2.8％；
42.s 0.01％；p 0.001％；w≤0.01％；其余为fe。
43.实施例2
44.本实施例中，各元素组分为：
45.c 1.4％；si 0.7％；mn 0.3％；cr 6.5％；ni 0.05％；v 3.0％；mo 2.8％；co 3.5％；
46.s 0.012％；p 0.001％；w≤0.01％；其余为fe。
47.实施例3
48.本实施例中，各元素组分为：
49.c 1.0％；si 0.8％；mn 0.28％；cr 7.1％；ni 0.06％；v 3.2％；mo 2.6％；co 3％；
50.s 0.012％；p 0.001％；w≤0.01％；其余为fe。
51.实施例4
52.本实施例中，各元素组分为：
53.c 0.8％；si 1.0％；mn 0.33％；cr 7.3％；ni 0.07％；v 3.8％；mo 3.0％；co 3％；
54.s 0.012％；p 0.001％；w≤0.01％；其余为fe。
55.本技术上述实施例中的组合物，通过激光熔覆技术，附着于基材，所得合金材料的硬度测试结果如下：
[0056] 实施例1实施例2实施例3实施例4一层54555653两层60606160三层58606057
[0057]
合金中每一种元素，都会带来晶型、相的变化。一般来讲，合金钢中c元素虽然能够增加硬度，但是也会增加脆性，因此，重量含量不建议超过0.35％，否则容易发生开裂。本技术为了获得高硬度，通过多种元素特定比例配比，解决了高c合金钢的脆性。
[0058]
本技术上述实施例中的组合物，通过激光熔覆技术，附着于基材，所得合金材料的抗冲击性能测试结果如下：
[0059] 实施例1实施例2实施例3实施例4拉伸强度，mpa990.83841.1947.1963.5延伸率，％0.720.350.550.61
[0060]
实施例5
[0061]
参照图1，将上述实施例中的组合物为粉末状。组合物2通过激光熔覆技术，附着于冲头表面，用于提供冲头的硬度、耐磨性和强度。具体而言，将粉末状组合物2均匀汇聚送入聚焦的激光光束1，且粉末流与激光光束1同轴耦合输出。激光光束1将冲头表面4加热成熔池3，粉末状的组合物2喷射到熔池3里，2熔覆堆积形成成型件。
[0062]
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。