CN104226976B

CN104226976B - 一种用于内燃机增压器进气壳激光修复的镍基合金粉末

Info

Publication number: CN104226976B
Application number: CN201310244848.4A
Authority: CN
Inventors: 张静波; 陈江; 朴新欣
Original assignee: DALU LASER TECHNOLOGY Co Ltd SHENYANG
Current assignee: Shanghai Dalu Tianrui Laser Surface Engineering Co ltd
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2033-06-20
Also published as: CN104226976A

Abstract

一种用于内燃机增压器进气壳修复的镍基合金粉末，其组成包括有Ni、Cr、Ti，其特点是还包括有Nb、Y、Cu、B，其中各组分的质量百分数为：Cr：3~5%；Ti：1~3%；Cu：2~4%；Nb：0.1~0.5%；Y：0.1~0.3%；B；0.1~0.3%；Ni：余量。本发明具有适中硬度、强度的同时，又具有良好的韧性，与铸铁作用不形成白口组织，裂纹倾向性极小的特点。

Description

一种用于内燃机增压器进气壳激光修复的镍基合金粉末

技术领域

本发明涉及一种适合于激光熔覆的合金粉末材料,特别是涉及一种具有抗裂能力的、性能稳定的用于内燃机增压器进气壳修复的镍基合金粉末，属于国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域。

背景技术

增压器是内燃机车提高功率,降低能耗的重要设备，在增压器中进气壳是重要部件。由于增压器的部分部件在650～700℃高温下工作,部分部件处于常温工作，温度梯度非常大，引起的热应力非常大，进气壳虽然是常温部件，但是在较大的热应力作用下，其连接螺栓孔位置进场会出现裂纹，这是进气壳损坏、失效的主要形式。一旦出现裂纹，进气壳的强度就会受到影响，进而影响到整个增压器的安全、高效运行，必须更换。

随着我国铁路运事业的发展需求，内燃机车不断增速，目前大部分机车都在超负荷情况下运行，内燃机车里的关键部件增压器的故障率也不断增加，而在增压器检修过程中大部分的进气壳需要进行更换，每年大约更换二千台次以上，消耗很大。因此，选择适当的内燃机增压器进气壳修复方法和材料，保证修复后内燃机增压器使用要求，是当前亟待解决的课题。

激光熔覆修复技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。

激光熔覆修复技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。

由于进气壳在制造时选用的是铸铁材料，因此其可焊性很差，常规的修复方法是焊接，选用的材料一般为铸铁焊条，但这些材料在修复和使用过程中都曾出现问题，如开裂、白口化、气孔、脱焊等等。在现有技术中尚未发现有直接用于激光熔覆的材料，激光熔覆修复以其独特的技术优势日益成为焊补修复的主要技术手段，但是针对进气壳这种铸铁的熔覆材料尚无定型产品。因此，为进行内燃机增压器的进气壳的修复，经过大量试验发明了一种用于内燃机进气壳的激光修复专用粉末。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有抗裂能力的、性能稳定的激光修复内燃机进气壳的镍基合金粉末，用于采用激光熔覆的方法修复进气壳的裂纹。该镍基合金粉末是在纯镍焊条的成分基础上，通过至少添加微量元素Nb、Y和Cu元素中的一种进行基体晶界强化，特别是通过至少添加Ti、B元素中的一种进行合金基体强化，该粉末具有适中硬度、强度的同时，又具有良好的韧性，与铸铁作用不形成白口组织，裂纹倾向性极小的特点。

本发明给出的技术方案是：这种用于内燃机增压器进气壳修复的镍基合金粉末，其组成包括有Ni、Cr、Ti，其特点是还包括有Nb、Y、Cu、B，其中各组分的（质量百分数）为。

Cr：3~5%；Ti：1~3%；Cu：2~4%；Nb：0.1~0.5%。

Y：0.1~0.3%；B；0.1~0.3%；Ni：余量。

本发明给出的优选的镍基合金粉末各组分的（质量百分数）为。

Cr：4%；Ti：3%；Cu：3%；Nb：0.2%；Y：0.2%。

B；0.3%；Ni：余量。

Cr：3%；Ti：1%；Cu：2%；Nb：0.1%；Y：0.1%；B；0.1%；Ni：余量。

Cr：5%；Ti：3%；Cu：4%；Nb：0.5%；Y：0.3%；B；0.3%；Ni：余量。

本发明通过精选合金基体强化元素、晶粒细化晶界强化元素，控制各组元素的百分比含量，使合金粉末获得优越的综合性能，从而实现了合金在具有适中硬度、强度的同时，具有良好的韧性，与铸铁作用不形成白口组织，裂纹倾向性的综合性能要求。

本发明给出的镍基合金粉末是通过真空熔炼、真空气雾化、筛选等工序制备的，粒度是－100+270目。

本发明给出的镍基合金粉末，适用于全固态固体激光器，在修复应用所述粉末材料的熔覆工艺参数是：功率：600~1000W，光斑直径：1~2mm，扫描速度：4~20mm/s，置粉厚度：0.2~1mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是。

1.添加合金基体强化元素、晶粒细化和晶界强化元素，并调整各元素的百分比含量。通过强化手段，强化合金基体，又改进了晶界质量，使合金获得良好的综合性能。从而实现了合金在具有较高硬度和强度的同时，又具有良好的韧性，与铸铁作用不形成白口组织，裂纹倾向性极小，从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆进气壳时的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了进气壳激光熔覆的强度和韧性的要求。

2.进气壳在修复后，通过探伤检测、台架试验和实际运行检测均证明该材料的强度和韧性满足进气壳使用的要求，修复部位没有再次出现裂纹。

具体实施方式

实例1。

大连某机车车辆厂的内燃机进气壳，在使用中，8个连接螺栓孔有3各出现裂纹，裂纹长度为8~20mm不等。首先进行探伤检查，并手工清理裂纹，直至所有裂纹清理干净，探伤无缺陷后，清洗清理部位，清理掉该区域所有污垢和氧化物。修磨成合适的坡口，使用该材料进行激光熔覆。激光熔覆参数为“功率：600W，光斑直径：2mm，扫描速度：5mm/s，置粉厚度：1mm。”使用粒度是200目的粉末进行熔覆，材料的成分为：Cr：4%；Ti：3%；Cu：3%；Nb：0.2%；Y：0.2%；B；0.3%；Ni：余量。熔覆后机械加工回复原有螺孔的尺寸和精度，达到设计要求。经着色探伤检测无缺陷后，组装到实验台上进行试车，试车后拆卸检测，无缺陷；装机到车辆上实际运行，运行到一定公里数（一般为10万公里）后再次检测，仍然没有缺陷。证明该材料的韧性和强度完全符合设计指标。

实例2。

某型号内燃机进气壳，在使用中，出现裂纹。进行探伤检查，并清理裂纹，探伤无缺陷后，将裂纹修磨成合适的坡口，使用该材料进行激光熔覆。激光熔覆参数为“功率：1600W，光斑直径：3mm，扫描速度：5mm/s，置粉厚度：1mm。”使用粒度是200目的粉末进行熔覆，材料的成分为：Cr：3%；Ti：1%；Cu：2%；Nb：0.1%；Y：0.1%；B；0.1%；Ni：余量。

熔覆后机械加工恢复尺寸和精度，达到设计要求。经着色探伤检测无缺陷后，组装到实验台上进行试车，试车后拆卸检测，无缺陷，达到设计指标。

实例3。

某型号内燃机进气壳，在使用中，出现裂纹。进行探伤检查，并清理裂纹，探伤无缺陷后，将裂纹修磨成合适的坡口，使用该材料进行激光熔覆。激光熔覆参数为“功率：2300W，光斑直径：1mm，扫描速度：15mm/s，置粉厚度：2mm。”使用粒度是200目的粉末进行熔覆，材料的成分为：Cr：5%；Ti：3%；Cu：4%；Nb：0.5%；Y：0.3%；B；0.3%；Ni：余量。

Claims

1.一种用于内燃机增压器进气壳激光修复的镍基合金粉末，其组成包括有Ni、Cr、Ti，其特征在于还包括有Nb、Y、Cu、B，其中各组分的质量百分数为：

Cr：3~5%；Ti：1~3%；Cu：2~4%；Nb：0.1~0.5%；

Y：0.1~0.3%；B：0.1~0.3%；Ni：余量。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机增压器进气壳激光修复的镍基合金粉末，其特征在于镍基合金粉末各组分的质量百分数为：

Cr：4%；Ti：3%；Cu：3%；Nb：0.2%；Y：0.2%；B：0.3%；Ni：余量。

3.根据权利要求1所述的用于内燃机增压器进气壳激光修复的镍基合金粉末，其特征在于镍基合金粉末各组分的质量百分数为：

Cr：3%；Ti：1%；Cu：2%；Nb：0.1%；Y：0.1%；B：0.1%；Ni：余量。

4.根据权利要求1所述的用于内燃机增压器进气壳激光修复的镍基合金粉末，其特征在于镍基合金粉末各组分的质量百分数为：

Cr：5%；Ti：3%；Cu：4%；Nb：0.5%；Y：0.3%；B：0.3%；Ni：余量。