CN101775474A - 激光宽带熔凝强化金属筛板的方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属筛筛板的强化方法，特别是激光宽带熔凝强化金属筛板的方法。其步骤包括：用绞磨机清除金属筛板工作表面的氧化皮，并用丙酮清洗剂去除锈。用刷子将黑色碳素墨水吸光涂料均匀涂刷在属筛板基材表面。自然风干碳素墨水涂层。用大功率激光器快速扫描筛板工作表面，实现筛板表面的快速加热和冷却，经过激光宽带熔凝强化后其显微硬度达到了HV0.31100以上，并且熔凝硬化层深度达到1.5mm以上，它下面的相变硬化层也达到了1.2mm以上。强化后的金属筛板表面具有很高的硬度和优良的耐磨性，显著提高了金属筛板使用寿命。本方法具有处理速度快、硬化层深度大、工件变形小、不需要介质、生产率高，成本低、无污染，经济效益显著。

Description

激光宽带熔凝强化金属筛板的方法
技术领域
本发明涉及破碎和筛分用的金属筛筛板的强化工艺，具体地说是一种激光宽带熔凝强化金属筛板的方法。
背景技术
目前，冶金矿山、化工、煤炭、建材及能源领域中分级筛分作业时使用的筛板，多是由锰钢板加工而成，筛板上的筛孔形状根据所筛分的物料加工成不同的形状。因为在筛分作业时物料的运动及冲击，筛板的表面和筛孔边缘造成磨损，影响筛分的精度，使用寿命低。在破碎矿石、煤矸石等物料时，这些锰钢筛板平均寿命只有3个月，原因是物料主要冲击对象是破碎锤，对衬板的冲击强度要小的多，锰钢加工硬化效果不显著，因此耐磨性不高。为了解决这一问题，一是选用特种合金材料制作金属筛板，二是在普通筛板工作表面喷涂耐磨合金层。其不足之处是：第一种方法合金钢衬板对于嵌入式磨损抵抗性差，在使用过程中容易出现表面切削和塑性疲劳损伤，而且由于特种合金材料成本太高而无法推广使用。第二种方法由于喷涂的耐磨合金层与筛板基体为机械结合，使用中容易脱落，无法承受冲击载荷，而且喷涂层很薄(0.3mm以下)，制备的筛板使用寿命依然较低。
大功率激光器的出现及在工业上的应用日趋成熟，为金属结构的表面强化提供了一条新的途径，并且已经被实践所证实。激光熔凝强化是实现金属结构快速表面强化的一种高新技术，是以很高的激光功率密度(105～107W/cm2)，在极短的时间内(10-8～10-12s)与金属交互作用，使金属表面局部区域在瞬间被加热到相当高的温度使之熔化，随后借助于冷态的金属基体吸热和传导作用，使已熔化的表面薄层金属快速凝固。激光熔凝强化可以提高金属材料的表面硬度、耐磨性、耐蚀性以及疲劳强度等，可以大幅度提高产品质量，成倍延长产品的使用寿命，具有显著的经济效益，对环境无污染。
激光熔凝强化工艺其熔凝硬化层可以在0.2～2mm内精确控制，其工艺过程易实现电脑控制的生产自动化。同时，结合激光宽带技术的激光宽带熔凝强化技术，极大提高了生产效率，降低了成本。随着我国工业水平的提高，对金属筛板提出了更高的要求，特别是如何提高金属筛板的质量和使用寿命的要求越加迫切，然而在机械破碎和粉碎领域还未见有应用激光宽带熔凝强化金属筛板的报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的诸多不足，提供一种耐磨性好、使用寿命长、成本低，便于推广的金属筛板激光宽带熔凝强化的方法。
实现上述发明目的采用的技术方案是：
一种激光宽带熔凝强化金属筛板的方法，该方法包括以下步骤：
a.清除金属筛板工作表面的氧化皮，并用丙酮清洗剂洗涤去除金属筛板上的锈迹，晾干；
b.用刷子将黑色吸光涂料均匀地涂刷在金属筛板基材的表面，涂刷厚度为0.02～0.05mm；
c.自然风干黑色吸光涂料层；
d.用大功率激光器快速扫描涂有吸光涂层的筛板表面，快速加热和冷却筛板表面，使其熔凝强化；
e.经过激光熔凝强化后筛板表面的显微硬度大于等于HV0.31100，熔凝硬化层深度大于等于1.5mm以上，相变硬化层大于等于1.2mm。
本发明的优选方案是：所述的黑色吸光涂料是黑色碳素墨水吸光涂料。
本发明的另一优选方案是：所述的大功率激光器是CO2激光器，其激光功率P＝1500～3000W，搭接率10～20％，扫描速度V＝300～1500mm/min，激光宽带尺寸为长×宽＝20mm×1mm。
本发明采用激光宽带熔凝强化工艺，激光宽带熔凝强化处理在金属材料表面造成了极高的温度梯度和极快的冷却速度，可以获得很多非平衡组织，包括过饱和固溶体、新的非平衡相和非晶相。激光宽带熔凝强化由于加热时间极短，熔化层厚度也很小，且基体材料的受热程度又非常低，因此液态层结晶时的冷却速度相当高，可达106℃/s，这样高的冷却速度可以得到极细的结晶组织。在激光宽带熔凝强化过程中存在着满足复杂的多种析出形态的条件，激光熔化组织存在大量的残余奥氏体，熔化时液态金属含碳量接近钢的平均含碳量，随后冷却时，液态金属转变成高温奥氏体，随着温度的不断降低，碳化物相大量析出，主要以细薄片形态存在，并有少量块状碳化物存在，大量弥撒分布在奥氏体基础上的细小碳化物起着主要的强化作用。同时，激光宽带熔凝强化后的组织中存在大量的位错和孪晶，它们的存在也提高了激光宽带熔凝强化后金属筛板的耐磨损和耐疲劳性能。
通过激光宽带熔凝强化，在筛板表面获得由表及里形成熔凝硬化层、相变硬化层、热影响区层和基体区，使得金属筛板表面具有很高的硬度和优良的耐磨性，并且保持筛板基体良好的韧性，从而显著提高金属筛板使用寿命。金属筛板经普通热处理后显微硬度为HV0.3650～750，而经过激光宽带熔凝强化后其显微硬度达到了HV0.31100以上，并且熔凝硬化层深度大于等于1.5mm，它下面的相变硬化层也达到大于等于1.2mm，远高于喷涂强化层(一般为0.3mm以内)厚度，完全满足了金属筛板的表面强化要求。激光宽带熔凝强化后金属筛板表层均匀性易于保证，同时该工艺方法具有处理速度快、硬化层深度大、工件变形小、不需要介质、生产率高，成本低、无污染，可带来较高的经济效益。并且对于新生产的未淬火和已经表面淬火的金属筛板均适用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
首先用绞磨机清除金属筛板工作表面的氧化皮，并用丙酮清洗剂去除金属筛板的锈迹，自然晾干。再用刷子将黑色碳素墨水吸光涂料均匀地涂刷在金属筛板基材的表面，涂刷厚度为0.02mm。然后将碳素墨水涂层自然风干。打开激光加工机，使用激光功率P＝1800W，搭接率15％，扫描速度V＝450mm/min，激光宽带尺寸为长×宽＝20mm×1mm的6KW大功率CO2激光器快速扫描涂有吸光涂层的筛板工作表面，实现筛板表面的快速加热和冷却，经过激光宽带熔凝强化后其显微硬度达到了HV0.31100，并且熔凝硬化层深度达到1.5mm，它下面的相变硬化层为1.2mm。
实施例2
首先用绞磨机清除工作表面的氧化皮，并用丙酮清洗剂去除金属筛板的锈迹。再用刷子将黑色碳素墨水吸光涂料均匀涂刷在金属筛板表面，涂刷厚度为0.03mm。然后将碳素墨水涂层自然风干。打开激光加工机，使用激光功率P＝2300W，搭接率20％，扫描速度V＝650mm/min，激光宽带尺寸为长×宽＝20mm×1mm的6KW大功率CO2激光器快速扫描涂有吸光涂层的筛板工作表面，实现筛板表面的快速加热和冷却，经过激光宽带熔凝强化后其显微硬度达到了HV0.31250，并且熔凝硬化层深度达到1.7mm，它下面的相变硬化层也达到了1.3mm。
实施例3
首先用绞磨机清除金属筛板工作表面的氧化皮，并用丙酮清洗剂去除金属筛板的锈迹。再用刷子将黑色碳素墨水吸光涂料均匀涂刷在金属筛板基材表面，涂刷厚度为0.05mm。然后将碳素墨水涂层自然风干。打开激光加工机，使用激光功率P＝2800W，搭接率10％，扫描速度V＝1100mm/min，激光宽带尺寸为长×宽＝20mm×1mm的6KW大功率CO2激光器快速扫描涂有吸光涂层的筛板工作表面，实现筛板表面的快速加热和冷却，经过激光宽带熔凝强化后其显微硬度达到了HV0.31300，并且熔凝硬化层深度达到1.8mm以上，它下面的相变硬化层也达到了1.4mm以上。
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种激光宽带熔凝强化金属筛板的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a.清除金属筛板工作表面的氧化皮，并用清洗剂洗涤去除金属筛板上的锈迹，晾干；
b.用刷子将黑色吸光涂料均匀地涂刷在金属筛板基材的表面，涂刷厚度为0.02～0.05mm；
c.自然风干黑色吸光涂料涂层；
d.用大功率激光器快速扫描涂有吸光涂层的筛板表面，快速加热和冷却筛板表面，使其熔凝强化；
e.经过激光熔凝强化后筛板表面的显微硬度大于等于HV0.31100，熔凝硬化层深度大于等于1.5mm，相变硬化层大于等于1.2mm。
2.根据权利要求1所述的激光宽带熔凝强化金属筛板的方法，其特征在于，所述的黑色吸光涂料是黑色碳素墨水吸光涂料。
3.根据权利要求1所述的激光宽带熔凝强化金属筛板的方法，其特征在于，所述的大功率激光器是CO2激光器，其激光功率P＝1500～3000W，搭接率10～20％，扫描速度V＝300～1500mm/min，激光宽带尺寸为长×宽＝20mm×1mm。
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