CN103436879A - 一种激光熔覆强化分流锥的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种激光熔覆强化分流锥的制备方法，其主要是对普通中低碳合金结构钢棒料按分流锥图纸加工完成后，将接触铝液的部分按尺寸减少0.5mm继续加工；配制金属陶瓷合金粉末，其化学成分质量百分比为：C0.1～0.35%、Al0.6～1.2%、Si0.7～0.9%、Cr25～29%、Co55～62%、Yb2.1～2.8%、W4.3～4.9%、余量为Fe，采用气动或重力往分流锥上送粉，利用大功率半导体激光高能量光束扫描，使得输送到位的合金粉末与分流锥基材表面金属发生快速冶金反应，对上述激光熔覆后的分流锥进行去应力退火，温度为300～500℃，保温2～4小时，然后随炉缓冷；通过数控机床完成合金强化层的精加工。本发明制备工艺简单、无污染，制备的强化分流锥寿命长，成本低。

Description

一种激光熔覆强化分流锥的制备方法

技术领域

本发明涉及铝轮毂模具的机械加工，特别涉及一种分流锥的制备方法。

背景技术

在铝合金轮毂铸造过程中，H13模具钢分流锥的寿命一般为2500件左右，大约生产10天需要更换，生产中因为分流锥寿命问题给生产效率造成很大影响。而且，由于H13钢价格昂贵，实际使用中由于更换频繁，增加了企业成本。寻找一种寿命长、性能好、价格低廉的分流锥及其制备方法，并且对铸造全过程、轮毂质量均有所改善的强化分流锥将大大提高铝合金轮毂企业生产效益，降低企业成本，节约贵重金属。

近年来，针对如何提高分流锥的使用寿命，很多工程技术人员从设计、选材、装配等方面进行了很多改进，如改进热处理方式、选用特种合金材料等。然而，在实际使用中发现，虽然改进后分流锥寿命有所提高，但成本很高，性价比低，而且在高温铝液环境中，普遍存在腐蚀磨损严重，远低于设计寿命就发生失效，降低了轮毂铸造的生产效率和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、能提高分流锥耐蚀耐磨性和使用寿命的激光熔覆强化分流锥的制备方法。本发明主要是在中低碳合金结构钢基材上，通过激光熔覆金属陶瓷合金粉末技术制得强化分流锥。

本发明的制备方法如下：

（1）对普通中低碳合金结构钢棒料按分流锥图纸进行加工，对于非接触铝液的部分不进行任何处理，将接触铝液的部分按尺寸减少0.5mm继续加工，加工完成后，为防止加工面反光，使用墨汁涂黑接触铝液的部分，并晾干；

（2）配制金属陶瓷合金粉末，所述金属陶瓷合金粉末的化学成分质量百分比为：C0.1～0.35%、Al0.6～1.2%、Si0.7～0.9%、Cr25～29%、Co55～62%、Yb2.1～2.8%、W4.3～4.9%、余量为Fe，其粉末的粒度为120～325目；

（3）用三维混粉器将上述金属陶瓷合金粉末混合2小时，混合均匀；

（4）将上述加工好的分流锥固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动分流锥旋转，采用气动或者重力方式往分流锥涂黑部分送粉，粉层厚度为1.2mm；

（5）利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属陶瓷合金粉末，半导体激光器功率P＝1000～3800W、矩形光斑2×8mm、搭接率30～50％、扫描速度V＝300～720mm/min，使得金属陶瓷合金粉末与分流锥接触铝液部分的基材表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的1.0mm厚耐高温腐蚀磨损合金强化层；

（6）对上述激光熔覆后的分流锥进行去应力退火，温度为300～500℃，保温2～4小时，然后随炉缓冷；

（7）对上述退火处理后的分流锥熔覆部分采用数控车床进行精加工，切削熔覆层0.5mm，在分流锥接触铝液部分表面形成0.5mm厚合金强化层，并对合金强化层进行表面质量和形位公差检验，合格后交付使用，对存在表面缺陷的产品重复进行熔覆，再精加工。

在半导体激光器输出高能量光束作用下，金属陶瓷合金粉末与分流锥基材表面金属发生快速冶金反应，在周围常温金属的冷却作用下，获得了晶粒细小、组织致密带有陶瓷颗粒增强相的合金强化层，制得了强化分流锥，明显提高了分流锥的使用寿命。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明工艺简单、节能环保，无污染。

2、采用本发明方法制得的分流锥接触铝液部分的外表面合金强化层中弥散分布着大量碳化物陶瓷硬质相，具有理想的抗腐蚀、抗冲刷磨损及耐高温性能，实现了分流锥的强化，延长了使用寿命，降低了企业成本。

3、采用本发明制得的强化分流锥使用寿命较传统H13材质分流锥提高2倍以上。

附图说明

图1为分流锥机加工完成后的主视剖面示意图。

图2为本发明分流锥激光熔覆强化后的主视剖面示意图。

图中：1为分流锥接触铝液部分、2为合金强化层、3为分流锥非接触铝液部分。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，对35CrMo棒料按分流锥图纸进行加工，对于非接触铝液的部分3不进行任何处理，将接触铝液的部分1按尺寸减少0.5mm，继续加工，加工完成后，使用墨汁涂黑接触铝液的部分，并晾干；采用机械混合方法将按比例配制的金属陶瓷合金粉末放入三维混粉器中充分混合2小时，金属陶瓷合金粉末的化学成分质量百分比为：C0.35%，Al0.62%，Si0.7%，Cr25%，Co55%，Yb2.1%，W4.3%，余量为Fe；将分流锥固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动分流锥旋转，采用气动往分流锥涂黑部分送粉，粉层厚度为1.2mm；利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属陶瓷合金粉末，半导体激光器功率P＝3800W、矩形光斑2×8mm、搭接率30％、扫描速度V＝720mm/min，使得金属陶瓷合金粉末与分流锥接触铝液部分的基材表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的1.0mm厚耐高温腐蚀磨损合金强化层2（如图2所示）。对上述激光熔覆后的分流锥进行去应力退火，温度为300℃，保温3小时，然后随炉缓冷；再对分流锥熔覆部分采用数控车床进行精加工，切削熔覆层0.5mm，在分流锥接触铝液部分表面形成0.5mm厚合金强化层。

实施例2：

对42CrMo棒料按分流锥图纸进行加工，对于非接触铝液的部分不进行任何处理，将接触铝液的部分按尺寸减少0.5mm，继续加工，加工完成后，使用墨汁涂黑接触铝液的部分，并晾干；采用机械混合方法将按比例配制的金属陶瓷合金粉末放入三维混粉器中充分混合2小时，金属陶瓷合金粉末的化学成分质量百分比为：C0.25%，Al0.72%，Si0.7%，Cr29%，Co59%，Yb2.2%，W4.3%，余量为Fe；将分流锥固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动分流锥旋转，采用重力往分流锥涂黑部分送粉，粉层厚度为1.2mm；利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属陶瓷合金粉末，半导体激光器功率P＝1400W、矩形光斑2×8mm、搭接率35％、扫描速度V＝400mm/min，使得金属陶瓷合金粉末与分流锥接触铝液部分的基材表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的1.0mm厚耐高温腐蚀磨损合金强化层，对上述激光熔覆后的分流锥进行去应力退火，温度为300℃，保温3小时，然后随炉缓冷；再对分流锥熔覆部分采用数控车床进行精加工，切削熔覆层0.5mm，在分流锥接触铝液部分表面形成0.5mm厚合金强化层。

实施例3：

对35CrMoSi棒料按分流锥图纸进行加工，对于非接触铝液的部分不进行任何处理，将接触铝液的部分按尺寸减少0.5mm，继续加工，加工完成后，使用墨汁涂黑接触铝液的部分，并晾干；采用机械混合方法将按比例配制的金属陶瓷合金粉末放入三维混粉器中充分混合2小时，金属陶瓷合金粉末的化学成分质量百分比为：C0.25%，Al1.2%，Si0.8%，Cr28%，Co56%，Yb2.3%，W4.6%，余量为Fe；将分流锥固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动分流锥旋转，采用气动方式往分流锥涂黑部分送粉，粉层厚度为1.2mm；利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属陶瓷合金粉末，半导体激光器功率P＝1800W、矩形光斑2×8mm、搭接率50％、扫描速度V＝650mm/min，使得金属陶瓷合金粉末与分流锥接触铝液部分1的基材表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的1.0mm厚耐高温腐蚀磨损合金强化层，对上述激光熔覆后的分流锥进行去应力退火，温度为300℃，保温4小时，然后随炉缓冷；再对分流锥熔覆部分采用数控车床进行精加工，切削熔覆层0.5mm，在分流锥接触铝液部分表面形成0.5mm厚合金强化层。

实施例4：

对35CrMo棒料按分流锥图纸进行加工，对于非接触铝液的部分不进行任何处理，将接触铝液的部分按尺寸减少0.5mm，继续加工，加工完成后，使用墨汁涂黑接触铝液的部分，并晾干；采用机械混合方法将按比例配制的金属陶瓷合金粉末放入三维混粉器中充分混合2小时，金属陶瓷合金粉末的化学成分质量百分比为：C0.3%，Al1.0%，Si0.85%，Cr27%，Co60%，Yb2.8%，W4.9%，余量为Fe；将分流锥固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动分流锥旋转；采用气动方式往分流锥涂黑部分送粉，粉层厚度为1.2mm；利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属陶瓷合金粉末，半导体激光器功率P＝1800W、矩形光斑2×8mm、搭接率40％、扫描速度V＝450mm/min，使得金属陶瓷合金粉末与分流锥接触铝液部分的基材表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的1.0mm厚耐高温腐蚀磨损合金强化层，对上述激光熔覆后的分流锥进行去应力退火，温度为450℃，保温2小时，然后随炉缓冷；再对分流锥熔覆部分采用数控车床进行精加工，切削熔覆层0.5mm，在分流锥接触铝液部分表面形成0.5mm厚合金强化层。

实施例5：

对42CrMo棒料按分流锥图纸进行加工，对于非接触铝液的部分不进行任何处理，将接触铝液的部分按尺寸减少0.5mm，继续加工，加工完成后，使用墨汁涂黑接触铝液的部分，并晾干；采用机械混合方法将按比例配制的金属陶瓷合金粉末放入三维混粉器中充分混合2小时，金属陶瓷合金粉末的化学成分质量百分比为：C0.25%，Al0.82%，Si0.9%，Cr29%，Co62%，Yb2.8%，W4.3%，余量为Fe；将分流锥固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动分流锥旋转，采用重力方式往分流锥涂黑部分送粉，粉层厚度为1.2mm；利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属陶瓷合金粉末，半导体激光器功率P＝2000W，矩形光斑2×8mm，搭接率30％，扫描速度V＝480mm/min；使得金属陶瓷合金粉末与分流锥接触铝液部分的基材表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的1.0mm厚耐高温腐蚀磨损合金强化层，对上述激光熔覆后的分流锥进行去应力退火，温度为350℃，保温3小时，然后随炉缓冷；再对分流锥熔覆部分采用数控车床进行精加工，切削熔覆层0.5mm，在分流锥接触铝液部分表面形成0.5mm厚合金强化层。

实施例6：

对35CrMo棒料按分流锥图纸进行加工，对于非接触铝液的部分不进行任何处理，将接触铝液的部分按尺寸减少0.5mm，继续加工，加工完成后，使用墨汁涂黑接触铝液的部分，并晾干；采用机械混合方法将按比例配制的金属陶瓷合金粉末放入三维混粉器中充分混合2小时，金属陶瓷合金粉末的化学成分质量百分比为：C0.35%，Al0.6%，Si0.7%，Cr26%，Co55%，Yb2.8%，W4.9%，余量为Fe；将分流锥固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动分流锥旋转，采用重力方式往分流锥涂黑部分送粉，粉层厚度为1.2mm；利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属陶瓷合金粉末，半导体激光器功率P＝1000W、矩形光斑2×8mm、搭接率35％、扫描速度V＝300mm/min，使得金属陶瓷合金粉末与分流锥接触铝液部分的基材表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的1.0mm厚耐高温腐蚀磨损合金强化层，对上述激光熔覆后的分流锥进行去应力退火，温度为300℃，保温4小时，然后随炉缓冷；再对分流锥熔覆部分采用数控车床进行精加工，切削熔覆层0.5mm，在分流锥接触铝液部分表面形成0.5mm厚合金强化层。

实施例7：

对40CrMo棒料按分流锥图纸进行加工，对于非接触铝液的部分不进行任何处理，将接触铝液的部分按尺寸减少0.5mm，继续加工，加工完成后，使用墨汁涂黑接触铝液的部分，并晾干；采用机械混合方法将按比例配制的金属陶瓷合金粉末放入三维混粉器中充分混合2小时，金属陶瓷合金粉末的化学成分质量百分比为：C0.28%，Al1.2%，Si0.9%，Cr29%，Co59%，Yb2.6%，W4.6%，余量为Fe；将分流锥固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动分流锥旋转，采用气动方式往分流锥涂黑部分送粉，粉层厚度为1.2mm；利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属陶瓷合金粉末，半导体激光器功率P＝2400W、矩形光斑2×8mm、搭接率30％、扫描速度V＝720mm/min，使得金属陶瓷合金粉末与分流锥接触铝液部分的基材表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的1.0mm厚耐高温腐蚀磨损合金强化层，对上述激光熔覆后的分流锥进行去应力退火，温度为300℃，保温3小时，然后随炉缓冷；再对分流锥熔覆部分采用数控车床进行精加工，切削熔覆层0.5mm，在分流锥接触铝液部分表面形成0.5mm厚合金强化层。

实施例8：

对35CrMo棒料按分流锥图纸进行加工，对于非接触铝液的部分不进行任何处理，将接触铝液的部分按尺寸减少0.5mm，继续加工；对接触铝液部分继续加工完成后，使用墨汁涂黑接触铝液的部分，并晾干；采用机械混合方法将按比例配制的金属陶瓷合金粉末放入三维混粉器中充分混合2小时，金属陶瓷合金粉末的化学成分质量百分比为：C0.1%，Al1.2%，Si0.7%，Cr25%，Co57%，Yb2.3%，W4.3%，余量为Fe；将分流锥固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动分流锥旋转，采用气动方式往分流锥涂黑部分送粉，粉层厚度为1.2mm；利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属陶瓷合金粉末，半导体激光器功率P＝2600W、矩形光斑2×8mm、搭接率40％、扫描速度V＝520mm/min，使得金属陶瓷合金粉末与分流锥接触铝液部分的基材表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的1.0mm厚耐高温腐蚀磨损合金强化层，对上述激光熔覆后的分流锥进行去应力退火，温度为500℃，保温4小时，然后随炉缓冷；再对分流锥熔覆部分采用数控车床进行精加工，切削熔覆层0.5mm，在分流锥接触铝液部分表面形成0.5mm厚合金强化层。

Claims (1)

1.一种激光熔覆强化分流锥的制备方法，其特征在于：

（1）对普通中低碳合金结构钢棒料按分流锥图纸进行加工，对于非接触铝液的部分不进行任何处理，将接触铝液的部分按尺寸减少0.5mm继续加工，加工完成后，使用墨汁涂黑接触铝液的部分，并晾干；

（2）配制金属陶瓷合金粉末，所述金属陶瓷合金粉末的化学成分质量百分比为：C0.1～0.35%、Al0.6～1.2%、Si0.7～0.9%、Cr25～29%、Co55～62%、Yb2.1～2.8%、W4.3～4.9%、余量为Fe，其粉末的粒度为120～325目；

（3）用三维混粉器将上述金属陶瓷合金粉末混合2小时，混合均匀；

（4）将上述加工好的分流锥固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动分流锥旋转，采用气动或者重力方式往分流锥涂黑部分送粉，粉层厚度为1.2mm；

（5）利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属陶瓷合金粉末，半导体激光器功率P＝1000～3800W、矩形光斑2×8mm、搭接率30～50％、扫描速度V＝300～720mm/min，使得金属陶瓷合金粉末与分流锥接触铝液部分的基材表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的1.0mm厚耐高温腐蚀磨损合金强化层；

（6）对上述激光熔覆后的分流锥进行去应力退火，温度为300～500℃，保温2～4小时，然后随炉缓冷；

（7）对上述退火处理后的分流锥熔覆部分采用数控车床进行精加工，切削熔覆层0.5mm，在分流锥接触铝液部分表面形成0.5mm厚合金强化层，并对合金强化层进行表面质量和形位公差检验，合格后交付使用，对存在表面缺陷的产品重复进行熔覆，再精加工。

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