一種增材制造材料及利用該材料的刀刃增材制造工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于增材制造領域，更具體地說，尤其涉及一種增材制造材料及利用該材料的刀刃增材制造工藝。
【背景技術】
[0002]目前我國刀具的制作材料一般選擇不銹鋼，刀具沖壓成形后再通過熱處理技術提高刀具的強度、硬度及耐磨性能，但是普通馬氏體不銹鋼刀具經過熱處理強化后刃口硬度一般在HV600左右，已經越來越難以滿足人們對高端刀具高硬度、高耐磨性等性能的要求，很多國內企業(yè)采用國外的優(yōu)質鋼材，例如日本千層鋼來制造高性能刀具，但這同時也增加了高端刀具的制造成本。
[0003]增材制造技術是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統(tǒng)的材料去除一切削加工技術，是一種“自下而上”的制造方法。采用增材制造技術可以在基體材料表面添加硬質合金粉末，利用高能量密度的激光束產生的超高溫度熔化硬質合金材料和基材，凝固后在基材表面形成特殊性能的強化層，以達到改善其表面性能的目的。采用增材制造的方法在普通不銹鋼刀具的刀刃表面制取強化層，經開刃后硬度可達基體的4-5倍，耐磨性可達基體的3-4倍，真正實現好鋼用在刀刃上，大幅度降低刀具的制造成本。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述存在的問題，提供一種成本低廉、耐磨性好、硬度高、熱力學性能穩(wěn)定的增材制造材料，以及利用該增材制造材料增材制造組織致密性好、硬度高、耐磨性好的刀具刃口的刀刃增材制造工藝。
[0005]本發(fā)明通過以下技術方案實現。
[0006]本發(fā)明提供了一種增材制造材料，其由鐵基自熔性合金粉末和碳化鈦粉末按比例混合而成，其中鐵基自熔性合金粉末質量百分比為40-60%，碳化鈦粉末質量百分比為60-40%。
[0007]上述鐵基自熔性合金粉末尺寸為50-30011111，所含成分質量百分組成為(::0.1-0.25、N1:7-10、Cr:14-17、Mo:0.6-0.75、S1:1-1.5、B:2-4，余量為Fe;所述碳化鈦尺寸為 10-50umo
[0008]本發(fā)明還提供了一種利用上述增材制造材料的刀刃增材制造工藝，包括以下工藝步驟:
1)、將質量百分比為40-60%的鐵基自熔性合金和質量百分比為60-40%碳化鈦的混合粉末置于球磨機的球磨罐中球磨10-15小時，轉速為300-320r/min然后將經球磨后的粉末置于真空烘干箱中烘干；
2)、將上述混合粉末放在100-120°C溫度下烘干1.5-2小時后保溫，保溫溫度為30-40°C，保溫時間至少30分鐘，待混合粉末冷卻至室溫后移至送粉器中；
3)、將刀具的刀刃處打磨去除鐵銹，再清洗刀刃表面油污，然后用專用夾具將刀具固定；
4)、在刀具的刀刃表面采用激光通過同軸送粉的方式進行增材制造形成強化層。
[0009]上述步驟3)中的刀具材料為4Crl3不銹鋼，厚度范圍為1.5-3.5mm。
[0010]上述步驟4)中的送粉速度為30_50g/min。
[0011]上述步驟4)中所述激光工藝參數為激光功率范圍1-3KW，激光光斑直徑l-2mm，離焦量l-2mm，掃描速度15-30mm/s，氬氣保護。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點在于，在不銹鋼刀具的刀刃表面增材制取的強化層厚度均勻，表面質量優(yōu)良，組織致密均勻，硬度高，耐磨性強，無氣孔、裂紋等缺陷；采用本發(fā)明制備的刀具經開刃后，刃口硬度可達到HV1000以上，耐磨性是基體的3-4倍，使用壽命是傳統(tǒng)刀具的10倍以上；可以減少高端鋼材進口量，降低高端刀具的制作成本，提升高端刀具的市場競爭力。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明刀刃增材制造工藝的示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明實施例1刀刃的增材制造強化層的SEM形貌。
[0015]圖3是本發(fā)明實施例2刀刃的增材制造強化層的SEM形貌。
[0016]圖4是本發(fā)明實施例刀具的增材制造強化層的顯微硬度。
[0017]其中:I為激光熔覆頭，2為刀刃，3為增材制造材料，4為增材制造強化層。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0019]以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍實施例1
本實施例的增材制造材料按質量百分比，由40%的碳化鈦粉末和60%的鐵基自熔性合金粉末混合組成，其中鐵基自熔性合金粉末尺寸范圍為50-200um，所含成分質量百分組成為(::0.2、祖:8、0:15、]?0:0.65、3丨:1、8:3，余量為?6，碳化鈦尺寸范圍為10-5011111。
[0020 ]利用上述增材制造材料的刀刃增材制造工藝，包括以下工藝步驟:
I)、將上述混合粉末放入球磨機的球磨罐中，也可以將上述混合粉末與適量的無水乙醇和適量的球磨珠子一塊放入球磨機的球磨罐中，設定球磨機的轉速為300r/min，球磨12個小時；
2 )、將球磨后的混合粉末放入真空烘干箱中干燥處理，設定烘干溫度為100C，烘干時間為1.5小時，保溫溫度為30°C，保溫時間至少30分鐘，然后將混合粉末移至轉盤式送粉器中；
3)、選擇材料為4Crl3不銹鋼，厚度為2.5mm的刀具作為基體材料，將刀具刀刃處用500#砂紙打磨除銹，丙酮溶液清洗刀刃表面油污，用專用夾具將刀具固定。其它可除銹和油污的方法也適用于本發(fā)明；
4)、采用同軸送粉的方式，以碟片式激光器作為增材制造熱源，在刀具的刀刃表面進行增材制造形成強化層，其中激光功率I.2KW，激光光斑直徑1.2mm，離焦量Imm，掃描速度15mm/s，送粉速度為35g/min，氬氣保護。其中碟片式激光器作為增材制造熱源優(yōu)選方案，但不是必選方案，其它可穩(wěn)定連續(xù)輸出激光的激光器也適用于本發(fā)明。
[0021]實施例2
本實施例的增材制造材料按質量百分比，由60%的碳化鈦粉末和40%的鐵基自熔性合金粉末混合組成，其中鐵基自熔性合金粉末尺寸范圍為50-200um，所含成分質量百分組成為(::0.2、祖:8、0:15、]?0:0.65、3丨:1、8:3，余量為?6，碳化鈦尺寸范圍為10-5011111。
[0022]利用上述增材制造材料的刀刃增材制造工藝，包括以下工藝步驟:
I)、將上述混合粉末放入球磨機的球磨罐中，也可以將上述混合粉末與適量的無水乙醇和適量的球磨珠子一塊放入球磨機的球磨罐中，設定球磨機的轉速為320r/min，球磨12個小時；
2 )、將球磨后的混合粉末放入真空烘干箱中干燥處理，設定烘干溫度為120°C，烘干時間為2小時，保溫溫度為40°C，保溫時間至少30分鐘，然后將混合粉末移至轉盤式送粉器中；
3)、選擇材料為4Crl3不銹鋼，厚度為3.5mm的刀具作為基體材料，將刀具刀刃處用500#砂紙打磨除銹，丙酮溶液清洗刀刃表面油污，用專用夾具將刀具固定。其它可除銹和油污的方法也適用于本發(fā)明；
4)、采用同軸送粉的方式，以碟片式激光器作為增材制造熱源，在刀具的刀刃表面進行增材制造形成強化層，其中激光功率2.8KW，激光光斑直徑2mm，離焦量1.5mm，掃描速度30mm/s，送粉速度為45g/min，氬氣保護。
[0023]實施例1和實施例2的刀刃增材制造過程示意圖如圖1所示。激光熔覆頭I在刀刃2表面采用同軸送粉的方式將鐵基自熔性合金粉末和碳化鈦粉末混合而成的增材制造材料3在刀刃表面形成強化層4。
[0024]實施例1所得強化層的SEM形貌如圖2所示，圖顯示碳化鈦在基體中呈不規(guī)則顆粒狀或雪花狀，并有輕微團聚現象，但總體分布比較均勻，組織中無氣孔、裂紋等缺陷。實施例
2所得強化層的SEM形貌如圖3所示，圖顯示碳化鈦在基體中也呈不規(guī)則顆粒狀或雪花狀，無團聚現象，分布均勻，并且組織中無氣孔、裂紋等缺陷。
實施例1和實施例2所得強化層的顯微硬度如圖3所示?？梢妼嵤├?的強化層顯微硬度范圍為HV780-971，實施例2的強化層顯微硬度范圍為HV770-1182，可見碳化鈦含量在40-60%范圍內，熔覆層硬度隨碳化鈦含量增多而升高。
[0025]以上實施例是本發(fā)明較佳實施方案，但本發(fā)明的實施方案并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的本質與原理所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍之內。
【主權項】
1.一種增材制造材料，其特征在于，其由鐵基自熔性合金粉末和碳化鈦粉末按比例混合而成，其中鐵基自恪性合金粉末質量百分比為40-60%，碳化鈦粉末質量百分比為60-40%。2.根據權利要求1所述的增材制造材料，其特征在于，所述鐵基自熔性合金粉末尺寸為50-200um，所含成分質量百分組成為C:0.1-0.25、N1:7-10、Cr: 14-17、Mo:0.6-0.75、S1:1_1.5、B: 2-4，余量為Fe ；所述碳化鈦尺寸為10-1 OOum。3.—種利用權利要求1所述的增材制造材料的刀刃增材制造工藝，其特征在于，包括以下工藝步驟: 1)、將質量百分比為40-60%的鐵基自熔性合金和質量百分比為60-40%碳化鈦的混合粉末置于球磨機的球磨罐中球磨10-15小時，轉速為300-320r/min，然后將經球磨后的粉末置于真空烘干箱中烘干； 2)、將上述混合粉末放在100-120°C溫度下烘干1.5-2小時后保溫，保溫溫度為30-40°C，保溫時間至少30分鐘，待混合粉末冷卻至室溫后移至送粉器中； 3)、將刀具的刀刃處打磨去除鐵銹，再清洗刀刃表面油污，然后用專用夾具將刀具固定； 4)、在刀具的刀刃表面采用激光通過同軸送粉的方式進行增材制造形成強化層。4.根據權利要求3所述的刀刃增材制造工藝，其特征在于，所述步驟3)中的刀具材料為4Crl3不銹鋼，厚度范圍為1.5-3.5mm。5.根據權利要求3所述的刀刃增材制造工藝，其特征在于，所述步驟4)中的送粉速度為30_50g/min。6.根據權利要求3所述的刀刃增材制造工藝，其特征在于，所述步驟4)中所述激光工藝參數為激光功率范圍1-3KW，激光光斑直徑l-2mm，離焦量l-2mm，掃描速度15-30mm/s，氬氣保護。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種增材制造材料及利用該材料的刀刃增材制造工藝。增材制造材料由鐵基自熔性合金粉末和碳化鈦粉末按比例混合而成，其中鐵基自熔性合金粉末質量百分比為40-60%，碳化鈦粉末質量百分比為60-40%。利用上述增材制造材料的刀刃增材制造工藝，包括以下工藝步驟：混合粉末研磨、烘干、刀刃打磨除銹、清洗油污、同軸送粉、激光照射在刀刃處形成強化層。本發(fā)明的優(yōu)點在于，增材制取的強化層厚度均勻，表面質量優(yōu)良，組織致密均勻，硬度高，耐磨性強，無氣孔、裂紋等缺陷；刃口硬度可達到HV1000以上，耐磨性是基體的3-4倍，使用壽命是傳統(tǒng)刀具的10倍以上；可以減少高端鋼材進口量，降低高端刀具的制作成本，提升高端刀具的市場競爭力。
【IPC分類】C22C29/10, C22C38/44, B22F1/00, C22C38/54, B22F3/105
【公開號】CN105562690
【申請?zhí)枴緾N201510942439
【發(fā)明人】張瑞華, 尹燕, 許廣偉, 屈岳波, 栗子林, 路超, 劉鵬宇
【申請人】陽江市五金刀剪產業(yè)技術研究院, 蘭州理工大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月16日