CN103737273B - 一种激光熔覆wc耐磨涂层的新型滚刀的制作工艺 - Google Patents

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Abstract

一种激光熔覆WC耐磨涂层的新型滚刀的制作工艺，步骤如下：(1)采用锻造方法制作滚刀，滚刀材质为合金钢；(2)将合金刀齿间待加工面进行去皮清洁处理；(3)使用横流CO2激光器，以数控机床作为工作台，对刀圈刀齿间进行熔覆耐磨强化处理，WC熔覆层厚度在1.5-2.5mm；(4)对复合涂层进行性能检测。本发明采用激光表面熔覆工艺，熔覆涂层组织主要由碳化物和过饱和固溶体超细铸态组织组成，其中球形碳化钨陶瓷具备超高硬度，均匀分布于硬度水平也很高的粘结相上，对磨损起到了阻碍作用，能有效提高了滚刀刃间的耐磨削性能；粘接相的韧性好、强度高，能有效减少裂纹形成，提高了滚刀的耐磨抗蚀性能和使用寿命。

Description

一种激光熔覆WC耐磨涂层的新型滚刀的制作工艺
技术领域
本发明涉及一种新型滚刀的制造领域，具体为一种激光熔覆WC耐磨涂层的新型滚刀的制作工艺。
背景技术
盘形滚刀是全断面岩石隧道掘进机（TBM）的挖掘刀具，基本部件由刀圈、刀体、刀轴、轴承、密封圈、端盖等部件组成，其中，盘形刀圈是掘进过程中破岩的工作部件，也是磨损最严重的部件。碎岩过程对盘形滚刀的冲击和磨损剧烈，导致滚刀的正常磨损占到了全部刀具失效的90%以上。另外，刀具的磨损对TBM施工的成本、掘进的速率和效率有着重要影响，因此是研究TBM掘进性能的重要环节。刀具成本在TBM施工成本中占有相当大的比重，如在我国秦岭隧道施工中，刀具的成本约占掘进施工成本的1/3，而滚刀的经常更换也会延误掘进的工期，从而使TBM的使用率变低。
镶齿硬质合金刀圈适合在硬度达到150~250MPa的硬质岩地层中掘进。在掘进破岩过程中，滚刀表面主要和岩石中的矿物质进行摩擦，而刀齿之间有排除岩屑的功能，在此过程中，刀齿间基体的表面在岩屑高速摩擦作用下形成如刨削一样的切削过程，并直接形成基体的去除。当基体材料减除到不能咬合住硬质合金刀齿时，刀齿将发生脱落。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种激光熔覆WC耐磨涂层的新型滚刀的制作工艺，使刀齿间制备一层耐磨涂层是防止刀齿脱落，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：
一种激光熔覆WC耐磨涂层的新型滚刀的制作工艺，工艺步骤如下：
(1)采用锻造方法制作滚刀，滚刀材质为合金钢，制作过程如下：
电炉冶炼→电渣重熔→预锻→模锻→缓冷→退火→粗加工获得滚刀刀圈粗胚→刀圈粗胚高温真空淬火加二次高温回火→低温去应力处理→精加工→镶嵌硬质合金刀齿；
(2)将合金刀齿间待加工面进行去皮清洁处理，并用酒精清洗干净；
(3)使用横流CO2激光器，以数控机床作为工作台，对刀圈刀齿间进行熔覆耐磨强化处理，光斑直径4-5mm，采用重力送粉方式，将耐磨合金粉末直送熔池，根据刀齿间距进行单道和搭接扫描，WC熔覆层厚度在1.5-2.5mm；
(4)对步骤（3）中制备的复合涂层进行性能检测即可。
步骤(3)中所述耐磨合金粉末为含有球形WC颗粒和Ni-Fe-Cr-B-Si自溶性合金粉末混合的合金粉末，其化学成份按重量百分比分别为：C：0.32%、Cr：3%、Fe：3%、Si：3.7%，余量为Ni。
本发明采用激光表面熔覆工艺，熔覆涂层组织主要由碳化物和过饱和固溶体超细铸态组织组成，其中球形碳化钨陶瓷具备超高硬度，均匀分布于硬度水平也很高的粘结相上，对磨损起到了阻碍作用，能有效提高了滚刀刃间的耐磨削性能；粘接相的韧性好、强度高，能有效减少裂纹形成。
综上所述，本发明有益效果：
本发明使得刀齿间的耐磨料磨损性能得到了很大提高，有效防止了镶嵌于基体材料的硬质合金刀齿的脱落，延长了滚刀刀圈的服役周期，提高了掘进作业效率，降低了生产成本；另外，激光合金化工艺对环境无污染、无辐射、低噪声、成品率高、综合成本低等特点。因此，采用激光熔覆技术对滚刀进行耐磨处理将产生显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种激光熔覆WC耐磨涂层的新型滚刀的制作工艺，工艺步骤如下：
(1)采用锻造方法制作滚刀，滚刀材质为合金钢，制作过程如下：
电炉冶炼→电渣重熔→预锻→模锻→缓冷→退火→粗加工获得滚刀刀圈粗胚→刀圈粗胚高温真空淬火加二次高温回火→低温去应力处理→精加工→镶嵌硬质合金刀齿；
(2)将合金刀齿间待加工面进行去皮清洁处理，并用酒精清洗干净；
(3)使用横流CO2激光器，以SIMENS数控机床作为工作台，对刀圈刀齿间进行熔覆耐磨强化处理，光斑直径4-5mm，采用重力送粉方式，将耐磨合金粉末直送熔池，根据刀齿间距进行单道和搭接扫描；
熔覆工艺参数如下：
激光功率P=4000W
激光光斑直径Φ=4mm
扫描速度V=300mm/min
搭接率50%
涂层厚度D=2mm
(4)对步骤（3）中制备的复合涂层进行性能检测即可。
步骤(3)中所述耐磨合金粉末为含有球形WC颗粒和Ni-Fe-Cr-B-Si自溶性合金粉末混合的合金粉末，其化学成份按重量百分比分别为：C：0.32%、Cr：3%、Fe：3%、Si：3.7%，余量为Ni。
实施例2
一种激光熔覆WC耐磨涂层的新型滚刀的制作工艺，工艺步骤如下：
(1)采用锻造方法制作滚刀，滚刀材质为合金钢，制作过程如下：
电炉冶炼→电渣重熔→预锻→模锻→缓冷→退火→粗加工获得滚刀刀圈粗胚→刀圈粗胚高温真空淬火加二次高温回火→低温去应力处理→精加工→镶嵌硬质合金刀齿；
(2)将合金刀齿间待加工面进行去皮清洁处理，并用酒精清洗干净；
(3)使用横流CO2激光器，以SIMENS数控机床作为工作台，对刀圈刀齿间进行熔覆耐磨强化处理，光斑直径4-5mm，采用重力送粉方式，将耐磨合金粉末直送熔池，根据刀齿间距进行单道和搭接扫描；
熔覆工艺参数如下：
激光功率P=4000W
激光光斑直径Φ=5mm
扫描速度V=300mm/min
涂层厚度D=2mm
(4)对步骤（3）中制备的复合涂层进行性能检测即可。
步骤(3)中所述耐磨合金粉末为含有球形WC颗粒和Ni-Fe-Cr-B-Si自溶性合金粉末混合的合金粉末，其化学成份按重量百分比分别为：C：0.32%、Cr：3%、Fe：3%、Si：3.7%，余量为Ni。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种激光熔覆WC耐磨涂层的新型滚刀的制作工艺，其特征是，工艺步骤如下：
(1)采用锻造方法制作滚刀，滚刀材质为合金钢，制作过程如下：
电炉冶炼→电渣重熔→预锻→模锻→缓冷→退火→粗加工获得滚刀刀圈粗胚→刀圈粗胚高温真空淬火加二次高温回火→低温去应力处理→精加工→镶嵌硬质合金刀齿；
(2)将合金刀齿间待加工面进行去皮清洁处理，并用酒精清洗干净；
(3)使用横流CO2激光器，以数控机床作为工作台，对刀圈刀齿间进行熔覆耐磨强化处理，光斑直径4-5mm，采用重力送粉方式，将耐磨合金粉末直送熔池，根据刀齿间距进行单道和搭接扫描，WC熔覆层厚度在1.5-2.5mm；
(4)对步骤(3)中制备的WC熔覆层进行性能检测即可。
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