[发明专利]一种高钨钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高钨钢及其制备方法，按质量百分比计，包括：0.15‑0.2%的C，3.8~4.0%的Cr，0.9~1.1%的V，28.0~31.0%的W，3.0~3.3%的Mo，以及余量的Fe和不可避免的杂质。本发明的高钨钢采用了双激光光束同时扫描的方式进行材料制备与成形，能够有效调控钨在钢中的形态和分布情况，使钨均匀弥散地分布在基体中。同时合理控制激光增材制造的工艺参数从而优化高钨钢的组织和性能。并且本发明还提出了增材制造高钨钢YDS013的热处理制度，采用急冷处理+深冷处理的方式，降低残余奥氏体含量，改善马氏体的形态，获得最优性能。本发明为结构复杂的高钨钢切削刀具和模具零件的制造提供了一种切实可行的方法。

技术领域

本发明涉及激光材制造合金钢的方法，尤其是涉及一种高钨钢的激光增材制备方法。

背景技术

高钨钢具有高硬度、高韧性、高耐磨性和高红硬性的特点，广泛用于制造高速切削工具、高载荷模具等。目前高钨钢零件主要通过熔炼+铸造的方式进行制造，由于其凝固速度缓慢，在结晶前形成大量碳和合金元素的偏析，从而形成晶间碳化物网，大大降低了其性能。同时，在制造形状复杂、结构特殊的零件时，往往需要进行复杂的机加工，成本高且成品率低。

金属增材制造技术是将快速原型技术和金属熔覆技术相结合的一种先进制造技术。增材制造过程中，高能热源不断形成微小熔池，微小熔池内部金属原材料进行冶金反应，可实现高性能材料制备与复杂构件制造一步完成。增材制造技术高度柔性的特质可以实现高性能非平衡材料与复杂结构制造，成形构件具有无宏观偏析、成分均组织致密的快速凝固非平衡组织，综合力学性能优异。利用高能热源直接制造金属零件的增材制造技术已广泛应用于航空、航天和国防科技中高性能关键零部件的快速制造或修复。目前，增材制造技术已经用于制备高温合金、钛合金、高强钢、金属基复合材料、金属间化合物等材料的成形件，因此将增材技术例如激光增材应用于高钨钢的成形制备，有望解决高钨钢制备过程中长期存在的偏析、成品率低的问题。

然而传统高钨钢由于其碳含量较高，凝固过程中容易发生开裂，增材制造困难，成品率低，从而引入其他的成形问题。为此可以考虑降低高钨合金钢中碳的含量而提高合金钢中钨的含量。但是过高的钨含量导致难以有效进行球形粉末的制备，从而也无法获得满足激光增材制造所需的送粉要求而同样难以成功运用激光增材制造工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高钨钢及其制备方法，利用增材制造技术同时实现材料制备和成形。

第一，本发明提供一种高钨钢，按质量百分比计，包括：0.15-0.2%的C，3.8~4.0%的Cr，0.9~1.1%的V，28.0~31.0%的W，3.0~3.3%的Mo，以及余量的Fe和不可避免的杂质。

进一步优选的，所述高钨钢，按质量百分比计，包括：0.17-0.19%的C，3.8~3.9%的Cr，0.95~1.05%的V，30.5~31.0%的W，3.15~3.2%的Mo，以及余量的Fe和不可避免的杂质。

进一步优选的，所述高钨钢的组织由回火马氏体、细小碳化物以及弥散分布的钨组成，显微硬度至少为1000HV。

第二，本发明还提供了上述技术方案所述的高钨钢制备方法，包括以下步骤：

1）准备预合金粉和纯钨粉，以使得预合金粉和纯钨粉的配比满足所述高钨钢的成分要求；

2）采用双激光光束同时扫描进行高钨钢的增材制造，具体是将所述预合金粉和纯钨粉分别对应为其中一激光束进行送粉；所述预合金粉送粉的激光束位于所述纯钨粉送粉的激光束的前面，并且前一激光束的功率大于后一激光束的功率；

3）激光增材制造完成后进行热处理。

进一步优选的，所述预合金粉中，按质量百分比计，包括：0.2-0.26%的C，4.9~5.2%的Cr，1.2-1.4%的V，3.0-3.3%的W，4.0-4.5%的Mo，以及余量的Fe和不可避免的杂质。