CN102744525A

CN102744525A - 一种耐高温磨损内衬的复合制备方法

Info

Publication number: CN102744525A
Application number: CN2012101957406A
Authority: CN
Inventors: 付宇明; 郑丽娟; 刘会莹; 何大川
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-06-14
Also published as: CN102744525B

Abstract

一种耐高温磨损内衬的复合制备方法，先对钢基材表面进行预处理，然后将基材预热；接着将钢基材固定在激光熔覆设备工作台上；在钢基材表面激光熔覆Ni基高温合金粉末；在钢基材激光熔覆层表面进行堆焊，最后，将堆焊完成的内衬进行缓冷。本发明与现有技术相比具有内衬表面硬度高，整体韧性好，实用性强，结合紧密，工艺操作简单、灵活，成本低，效果好等优点。

Description

一种耐高温磨损内衬的复合制备方法

技术领域

本发明涉及一种在钢基材表面制备耐高温磨损内衬的方法。

背景技术

钢基表面高温强化是为了提高钢材料表面的耐高温性和高温下的耐磨性、耐腐蚀性等，基体一般为硬度较低、韧性较好中低碳合金钢，堆焊材料为硬度高、韧性较差的耐高温磨损陶瓷颗粒增强型材料，目前采用的方法一般是基材表面直接堆焊高硬度的材料，这样获得的复合材料虽然表面硬度高、耐磨和耐高温性较好，但材料的整体韧性不足，堆焊层与基材结合性差，在高温磨损环境中，由于热胀冷缩等因素，堆焊层易从基体上剥离、脱落，在这种工况下，高硬度的堆焊层也易产生裂纹缺陷，这主要是由于基材与强化材料之间的线性膨胀系数差异较大等因素综合作用的结果，这样，使得堆焊制备的复合材料在高温冲击磨损工况中的应用受到了限制。而在冶金、化工、石油行业中，许多耐磨内衬均工作在高温磨损和冲击均有的复杂工况下，直接由于磨损导致内衬失效的比例仅10%，大多数都是由于高温冲击，将高硬度（≥60HRC）的合金堆焊耐磨层砸掉，使其脱离基体，出现坑洼，加快了失效，可见，内衬使用寿命直接影响生产效率和生产的安全性，所以，如何利用强化技术制备表面硬度高、整体韧性好、基体与强化层结合牢固的耐高温、耐磨损、耐冲击内衬，并用于冶金、化工和石油等行业中的特殊工况，成为了急需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅内衬表面硬度高，整体韧性好，实用性强，质量好，寿命长，而且工艺操作简单、灵活，成本低，效果好，使用率高的耐高温磨损内衬的复合制备方法。

本发明主要是在钢基材表面激光熔覆Ni基高温合金粉末，然后在Ni基合金层表面再堆焊药芯焊丝，其技术方案如下，包括以下步骤：

a.对钢基材的表面进行预处理，要清除钢基材表面的灰尘、油渍和锈蚀等；

b.预处理后，为减小激光熔覆时的热应力，对钢基材表面进行预热，预热温度为50～300℃；

c.预热后，为减小激光熔覆时钢基材的变形，将钢基材固定在激光熔覆设备的工作台上；

d.根据钢基材选用硬度值为45～50HRC的Ni基高温合金粉末；

e.在钢基材的表面激光熔覆Ni基高温合金层，采用同轴送粉的方法进行激光熔覆，送粉速度为100g～200g/min，根据合金粉末确定激光器的工艺参数，其中优选的激光器技术参数为：激光功率范围为1000W～10000W，扫描速度为1mm/s～20mm/s，搭接率为10%～90%，钢基材表面熔覆1～5层Ni基高温合金粉末；

f.在钢基材激光熔覆层表面进行堆焊，首先根据内衬工况和耐磨性能要求，选用硬度为60～65HRC的药芯焊丝最好是Cr₃C₂耐高温药芯焊丝，然后根据焊丝确定焊接电流、焊接电压和焊接速度进行堆焊，堆焊1～6层后形成堆焊层，其中优选的焊接电流的范围为100A～300A；焊接电压为20V～200V；焊接速度为100mm/min～2000mm/min；

g.为减少堆焊裂纹的产生，将堆焊完成的内衬进行缓冷。

本发明采用激光熔覆和堆焊复合工艺，使内衬基体与强化层结合性好，强化层不易脱落，表面具有良好耐磨性的同时，整个内衬具有良好的韧性，此外，针对高温冲击磨损工况，通过激光熔覆和堆焊复合工艺，与传统的堆焊工艺相比，减小了堆焊过程中由于硬度突变，耐磨堆焊表层和基体硬度值差异较大的问题；解决了表面高硬度耐磨层在热胀冷缩工况下易开裂的问题；解决了高硬度耐磨堆焊层在高温冲击载荷下极易脱落的问题。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、内衬表面硬度高，整体韧性好，结合紧密，实用性强，质量好，寿命长；

2、工艺操作简单、灵活，成本低，效果好，使用率高。

附图说明

图1为实施例1的耐高温磨损内衬结构示意图。

图中标号：1-钢基材，2-熔覆层，3-堆焊层。

具体实施方式

实施例1，以材质为42CrMo的钢基材为例，首先对钢基材1表面进行预处理，清除油渍、灰尘和锈蚀等；然后将基材预热100℃；接着将钢基材固定在激光熔覆设备工作台上；选用硬度为45～50HRC的Ni基高温合金粉末进行激光熔覆，采用同轴送粉的方法进行激光熔覆，送粉速度150g/min，激光器的技术参数为：熔覆功率2500W，扫描速度8mm/s，搭接率50%，钢基材表面熔覆1层Ni基高温合金粉末；在钢基材激光熔覆层2表面进行堆焊，，堆焊2层后形成堆焊层3，堆焊时，选用硬度为60～65HRC的Cr₃C₂耐高温药芯焊丝，焊接电流180A、焊接电压45V、焊接速度1000mm/min；最后，将堆焊完成的内衬进行缓冷。

实施例2 以材质为35CrMo的钢基材为例，首先对钢基材表面进行预处理，清除油渍、灰尘和锈蚀等；然后将基材预热150℃；接着将钢基材固定在激光熔覆设备工作台上；选用硬度为45～50HRC的Ni基高温合金粉末进行激光熔覆，采用同轴送粉的方法进行激光熔覆，送粉速度150g/min，激光器的技术参数为：熔覆功率3000W，扫描速度8mm/s，搭接率50%，钢基材表面熔覆2层Ni基高温合金粉末；在钢基材激光熔覆层表面进行堆焊，堆焊3层，形成堆焊层，堆焊时，选用硬度为60～65HRC的Cr₃C₂耐高温药芯焊丝，焊接电流180A、焊接电压45V、焊接速度1000mm/min；最后，将堆焊完成的内衬进行缓冷。

Claims

1.一种耐高温磨损内衬的复合制备方法，其特征是：技术方案如下，包括以下步骤：

a.对钢基材的表面进行预处理；

b.预处理后，对钢基材表面进行预热，预热温度为50～300℃；

c.预热后，将钢基材固定在激光熔覆设备的工作台上；

d.根据钢基材选用硬度值为45～50HRC的Ni基高温合金粉末；

e.在钢基材的表面激光熔覆Ni基高温合金层，采用同轴送粉的方法进行激光熔覆，送粉速度为100g～200g/min，根据合金粉末确定激光器的工艺参数，钢基材表面熔覆1～5层Ni基高温合金粉末；

f.在钢基材激光熔覆层表面进行堆焊，选用硬度为60～65HRC的药芯焊丝，然后根据焊丝确定焊接电流、焊接电压和焊接速度进行堆焊，堆焊1～6层后形成堆焊层；

g.将堆焊完成的内衬进行缓冷。

2.根据权利要求1所述的耐高温磨损内衬的复合制备方法，其特征是：钢基材的表面激光熔覆Ni基高温合金层，激光器技术参数为：激光功率范围为1000W～10000W，扫描速度为1mm/s～20mm/s，搭接率为10%～90%。

3.根据权利要求1或2所述的耐高温磨损内衬的复合制备方法，其特征是：在钢基材激光熔覆层表面进行堆焊，焊接电流的范围为100A～300A；焊接电压为20V～200V；焊接速度为100mm/min～2000mm/min。

4.根据权利要求3所述的耐高温磨损内衬的复合制备方法，其特征是：在钢基材激光熔覆层表面进行堆焊，选用硬度为60～65HRC的Cr₃C₂耐高温药芯焊丝。