CN103498146B - 一种用于t型冲头表面的激光熔覆方法 - Google Patents

一种用于t型冲头表面的激光熔覆方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于T型冲头表面的激光熔覆方法，该方法包括：a、预制合金粉末；b、冲头表面预处理；c、根据观察冲头的实际形状以及受力情况，控制激光束的加工走向，采用同轴送粉方式将预制的合金粉末在冲头表面迅速熔化，形成一层合金熔覆层，并同时对熔覆区域进行惰性气体保护；d、对激光熔覆后的冲头进行后期机加工。通过使粉末与基体材料的均匀混合，使冲头表面具有较强的韧性、强度、硬度和抗冲击性，大大增加了冲头的使用寿命。

Description

一种用于T型冲头表面的激光熔覆方法
技术领域
本发明属于激光加工制造领域，特别涉及一种用于T型冲头表面的激光熔覆方法。
背景技术
激光具有高亮度、高方向性、高单色性、高相干性的特点，现在正被越来越多的领域所使用，激光熔覆就是表面处理技术中的一种。概括的说，激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金属材料表面，基材表面被迅速融化，液态的金属形成一个小规模的熔池，同时填注新的粉末材料，在这个熔池中，原本的金属材料与被添加的粉末相互混合，形成一层新的液态金属层。待激光光束经过以后，液态金属层迅速冷却由此在金属表面形成一层固态的熔覆层。激光熔覆可及大的改变该关键部位的金属性能，如硬度、耐磨性、耐热性、抗腐蚀性等。
冲头工作环境恶劣，普通的冲头韧性差、强度低、硬度小、抗冲击差。目前冲头表面强化大多采用热处理的方式，但处理后的冲头仍然存在着裂纹，气孔等缺陷，并且无法达到很高的强度要求，不能满足冲头的机械加工性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于T型冲头表面的激光熔覆方法，通过使粉末与基体材料的均匀混合，使冲头表面具有较强的韧性、强度、硬度和抗冲击性，大大增加了冲头的使用寿命。
为了解决上述问题，本发明提供的技术方案是：一种用于T型冲头表面的激光熔覆方法，包括：
a预制合金粉末；
b冲头表面预处理；
c根据对冲头的受力情况分析，发现其工作时冲头顶部受到一个巨大的冲击力，根据观察其实际形状，采用同轴送粉的方式使用激光器按照对冲头受力部位进行激光熔覆，激光行走方式采用单道螺旋运行方式并在熔覆过程中对激光熔覆区域进行惰性气体保护；
d对激光熔覆后的冲头进行后期机加工。
上述的步骤a中所用到的粉末为镍基金属陶瓷合金粉末，其成分按重量百分比为13-15%碳化硅，0.2-0.3%碳，4-6%氟化钙，1-4%氮化硅，1.5-1.8%钒，2-4%硅，7-9%铁，17-18%钼，15-17%铬，余量为镍。
上述的步骤b中的预处理包括去除冲头表面锈迹、油污及杂质等。
上述的激光器为光纤激光器，激光波长为1.06μm，输出功率3000W，运行速度为5-12mm/s扫描宽度为2-6mm，激光与冲头表面的夹角为80°-85°。
上述的激光器为二氧化碳激光器，激光波长为10.6μm，输出功率4000W，运行速度为5-12mm/s，扫描宽度为2-6mm，激光与冲头表面的夹角为80°-85°。
上述的熔覆层厚度为0.5-5mm。
上述的步骤c中的惰性气体为氮气或者氩气。
上述的步骤d中后期机加工包括对工件尺寸或者表面精度未符合设计要求的部位进行后期机加工。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：
1）通过本发明激光熔覆后的冲头，具有良好的内部组织结构，无缩孔、气泡、裂纹等缺陷。
2）使冲头表面具有较强的韧性、强度、硬度和抗冲击性，大大提高了其使用寿命。
3）通过本发明，大大降低了生产成本。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明
实施例1
a、对冲头表面进行预处理，包括除去冲头表面的锈迹、油污及杂质。其中，除去锈迹的方式可以采用化学方式进行消除。
b、预制合金粉末，粉末为镍基金属陶瓷合金粉末，其成分按重量百分比为13%碳化硅，0.2%碳，4%氟化钙，1%氮化硅，1.5%钒，2%硅，7%铁，17%钼，15%铬，余量为镍。
c、通过观察冲头的受力情况，发现其工作时冲头顶部受到一个巨大的冲击力，根据观察其实际的形状，采用同轴送粉的方式使用光纤激光器按照对冲头受力部位进行激光熔覆，激光行走方式采用单道螺旋运行方式。激光波长为1.06μm，输出功率为3000W，运行速度为5-12mm/s，扫描宽度为2-6mm，激光与活塞表面的夹角为80°。并在熔覆过程中对激光熔覆区域进行氮气保护，熔覆层的厚度为0.5mm。
d、对熔覆后的冲头尺寸外形或表面精度未符合设计要求的部位进行后期机加工
通过金相分析，发现熔覆之后的冲头表面韧性、强度、硬度和抗冲击性都明显提高，内部组织结构致密，无气孔、气泡、裂纹等缺陷。
通过与熔覆之前的钻头进行比对：
冲头熔覆前，硬度(HRC)为61，抗冲击性一般；
冲头熔覆后，硬度(HRC)为71，抗冲击性好。
实施例2
a、对冲头表面进行预处理，包括除去冲头表面的锈迹、油污及杂质。其中，除去锈迹的方式可以采用化学方式进行消除。
b、预制合金粉末，粉末为镍基金属陶瓷合金粉末，其成分按重量百分比为15%碳化硅，0.3%碳，6%氟化钙，4%氮化硅，1.8%钒，4%硅，9%铁，18%钼，17%铬，余量为镍。
c、通过观察冲头的受力情况，发现其工作时冲头顶部受到一个巨大的冲击力，根据观察其实际的形状，采用同轴送粉的方式使用二氧化碳激光器按照对冲头受力部位进行激光熔覆，激光行走方式采用单道螺旋运行方式。激光波长为10.6μm，输出功率为4000W，运行速度为5-12mm/s，扫描宽度为2-6mm，激光与活塞表面的夹角为85°；并在熔覆过程中对激光熔覆区域进行氮气保护，熔覆层的厚度为5mm。
d、对熔覆后的冲头尺寸外形或表面精度未符合设计要求的部位进行后期机加工
通过金相分析，发现熔覆之后的冲头表面韧性、强度、硬度和抗冲击性都明显提高，内部组织结构致密，无气孔、气泡、裂纹等缺陷。
以上所述的实施例仅为本发明的优选方案，并不用于限制本发明，对于所属领域的技术人员来说，本发明在上述所说的基础上，可以有各种更改和变化。在此无法对所有实施方式进行一一列举。凡在本发明原则之内，或者由本发明的精神所引申出的显而易见的变动均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于T型冲头表面的激光熔覆方法，所述的方法如下：
a.预制合金粉末；
b.冲头表面预处理；
c.根据对冲头的受力情况分析，发现其工作时冲头顶部受到一个巨大的冲击力，根据观察其实际形状，采用同轴送粉的方式使用激光器按照对冲头受力部位进行激光熔覆，激光行走方式采用单道螺旋运行方式并在熔覆过程中对激光熔覆区域进行惰性气体保护；
d.对激光熔覆后的冲头进行后期机加工；
其中，所述的步骤a中所用到的粉末为镍基金属陶瓷合金粉末，其成分按重量百分比为13-15％碳化硅，0.2-0.3％碳，4-6％氟化钙，1-4％氮化硅，1.5-1.8％钒，2-4％硅，7-9％铁，17-18％钼，15-17％铬，余量为镍；
所述的激光器为光纤激光器或二氧化碳激光器。
2.根据权利要求1所述的一种用于T型冲头表面的激光熔覆方法,其特征在于:所述的步骤b中的预处理包括去除冲头表面锈迹、油污及杂质。
3.根据权利要求1所述的一种用于T型冲头表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的激光器为光纤激光器，激光波长为1.06μm，输出功率3000W，运行速度为5-12mm/s扫描宽度为2-6mm，激光与冲头表面的夹角为80°-85°。
4.根据权利要求1所述的一种用于T型冲头表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的激光器为二氧化碳激光器，激光波长为10.6μm，输出功率4000W，运行速度为5-12mm/s，扫描宽度为2-6mm，激光与冲头表面的夹角为80°-85°。
5.根据权利要求1所述的一种用于T型冲头表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的熔覆层厚度为0.5-5mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于T型冲头表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的步骤c中的惰性气体为氮气或者氩气。
7.根据权利要求1所述的一种用于T型冲头表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的步骤d中后期机加工包括对工件尺寸或者表面精度未符合设计要求的部位进行后期机加工。
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