CN104372339A - 一种无磁模具激光强化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的一种无磁模具激光强化方法，是一种耐磨性好，使用寿命长、生产工艺简便的无磁模具激光强化方法。其特征在于：在无磁模具钢基体激光熔覆1.0-3.0mm的无磁Fe基超硬合金耐磨层，所述的无磁Fe基超硬合金粉末的化学成分为：WC：10-20wt%，Mo：1.5-3.0wt%，Cr：8-15wt%，Ni：2.5-4.0wt%，Nb：0.8-1.5wt%，Si：0.5-1.2wt%，Mn：0.3-0.6wt%，Ti：1.0-2.5wt%，Al：2.0-3.2wt%，余量Fe。

Description

一种无磁模具激光强化方法
 
技术领域
本发明涉及无磁模具以及激光熔覆表面技术，属于激光加工技术领域。
背景技术
随着磁电行业的蓬勃发展，我国磁性材料和强磁性材料迅速发展。生产磁性材料，特别是Sm-Co等永磁粉末的压制成型要求模具在某些方向具有无磁性。由于磁性粉末具有高硬度和尖锐的外形，普通无磁钢1Cr18Ni9Ti、70Mn、9Mn9等制备的无磁模具，模具在高压压制过程中，极易在模具壁产生犁沟和磨损，模腔发生变形、开裂，严重影响磁性材料毛坯的尺寸精度和表面质量。目前，不少磁性材料生产厂家使用热处理或渗氮、渗硼等表面技术，获得强度和硬度好的无磁模具。通常硬度范围在34-47HRC，使用寿命为几万次。但采用常规表面处理技术及热处理方式对模具表面和型腔硬度、耐磨性提高有限，远远不能满足企业对模具实际性能的需要。南昌硬质合金厂采用粉末冶金烧结方式制备了牌号为YN14无磁硬质合金，获得了质量水平较高，均匀稳定，结构致密无磁模具。但整个无磁模具采用硬质合金，不仅增加了机械加工难度，而且使用合金元素较多，相应成本提高。对于外形尺寸大、高度大和型腔复杂的制品生产难度依然很大。因此，研制开发耐磨性好，使用寿命长、生产工艺简便的无磁超硬耐磨合金材料是非常有意义。
激光熔覆是一种先进的增材制造技术。采用激光熔覆技术在普通无磁模具钢体表面、型腔制备超硬耐磨涂层，利用激光快速凝固的特征，可以获得组织细密、冶金质量、无缺陷的涂层。这样，不仅提高模具使用寿命，简化工艺，而且节约贵重合金元素。
发明内容
发明一种耐磨性好，使用寿命长、生产工艺简便的无磁模具激光强化方法。
一种无磁模具激光强化方法，其特征在于：在无磁模具钢基体激光熔覆1.0-3.0mm的无磁Fe基超硬合金耐磨层，所述的无磁Fe基超硬合金粉末的化学成分为：WC：10-20wt%，Mo：1.5-3.0wt%，Cr：8-15wt%，Ni：2.5-4.0wt%，Nb：0.8-1.5wt%，Si：0.5-1.2wt%，Mn：0.3-0.6wt%，Ti：1.0-2.5wt%，Al：2.0-3.2wt%，余量Fe；
上述的一种无磁模具的激光强化方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按上述组分的质量百分比选取金属原料；
（2）采用水雾化或气雾化的方式用上述金属原料制备Fe基超硬合金粉末，过筛后得到10-50μm粒度范围的粉末；
（3）选取将要强化的零部件作为基体，对零件的待强化或待修复区域进行喷砂处理，并采用压缩空气除去颗粒杂物，然后用酒精擦洗表面；
（4）采用波长范围为808nm-1100nm的连续激光作为熔覆热源，具体工艺参数为：激光功率1.8-4.0kw，光束扫描线速度150-500mm/min，圆光斑尺寸为3-6mm或矩形光斑尺寸2×7mm，送粉量25-50g/min，氩气流量范围15-25L/min，搭接率为30-60%。
（5）机械加工模具表面和型腔至需精度尺寸。
本发明制备的Fe基超硬合金涂层，相对磁导率在1.005≤Ur≤1.01之间，硬度达到HRC55-70和良好的耐磨性。在普通无磁钢体表面上激光熔覆一层Fe基超硬涂层，有效节省了贵重合金，而且不受零件外形尺寸的限制。
具体实施方式
实施例1
（1）所用Fe基超硬合金化学成分为：WC：10wt%，Mo：1.5wt%，Cr：8wt%，Ni：2.5wt%，Nb：0.8wt%，Si：0.5wt%，Mn：0.3wt%，Ti：1.0wt%，Al：2.0wt%，余量Fe；
（2）采用氩气雾化的方式用上述金属原料制备Fe基超硬合金粉末，过筛后得到10-50μm粒度范围的粉末；
（3）选用无锈钢N1310作为模具钢体，对零件的待强化或待修复区域进行喷砂处理，并采用压缩空气除去颗粒杂物，然后用酒精擦洗表面；
（4）激光熔覆设备为Trumpf 6000瓦CO2激光器（波长10.6μm），工艺参数为：激光功率1.8kw，光束扫描线速度150mm/min，圆光斑尺寸为3，送粉量25g/min，氩气流量范围15L/min，搭接率为30%；
（5）磨削模具表面和型腔至需精度尺寸。
用HR-150A型显微洛氏进行多点测试，平均硬度为HRC55。用Lake Shore7410型振动样品磁强计进行磁性测试，材料相对磁导率为1.005。实际使用效果表明，激光强化后的无磁模具寿命在十几万次以上，耐磨性好，模壁无拉毛，模腔无变形、粘粉，有效保证了磁性材料毛坯的尺寸精度和表面质量。
实施例2
（1）所用Fe基超硬合金化学成分为：WC： 20wt%，Mo： 3.0wt%，Cr： 15wt%，Ni： 4.0wt%，Nb：1.5wt%，Si： 1.2wt%，Mn： 0.6wt%，Ti： 2.5wt%，Al： 3.2wt%，余量Fe；
（2）采用水雾化的方式用上述金属原料制备Fe基超硬合金粉末，过筛后得到10-50μm粒度范围的粉末；
（3）选用316无磁无锈钢作为模具钢体，对零件的待强化或待修复区域进行喷砂处理，并采用压缩空气除去颗粒杂物，然后用酒精擦洗表面；
（4）激光熔覆设备为5000瓦光纤输出半导体激光器（1070nm），工艺参数为：激光功率4.0kw，光束扫描线速度500mm/min，圆光斑尺寸为6mm，送粉量50g/min，氩气流量范围25L/min，搭接率为60%；
（5）磨削模具表面和型腔至需精度尺寸。
用HR-150A型显微洛氏进行多点测试，平均硬度为HRC70。用Lake Shore7410型振动样品磁强计进行磁性测试，材料相对磁导率为1.01。实际使用效果表明，激光强化后的无磁模具寿命在十几万次以上，耐磨性好，模壁无拉毛，模腔无变形、粘粉，有效保证了磁性材料毛坯的尺寸精度和表面质量。
实施例3
（1）所用Fe基超硬合金化学成分为：WC：15wt%，Mo：2.0wt%，Cr：10wt%，Ni：3wt%，Nb：1.0wt%，Si：0.8wt%，Mn：0.5wt%，Ti：2.0wt%，Al：2.5wt%，余量Fe；
（2）采用氩气雾化的方式用上述金属原料制备Fe基超硬合金粉末，过筛后得到10-50μm粒度范围的粉末；
（3）选用304无磁无锈钢作为模具钢体，对零件的待强化或待修复区域进行喷砂处理，并采用压缩空气除去颗粒杂物，然后用酒精擦洗表面；
（4）激激光熔覆设备为3000瓦光纤输出半导体激光器（波长808-975nm），工艺参数为：激光功率2.5kw，光束扫描线速度300mm/min，矩形光斑尺寸2×7mm，送粉量25-50g/min，氩气流量范围10L/min，搭接率为50%；
（5）磨削模具表面和型腔至需精度尺寸。
用HR-150A型显微洛氏进行多点测试，平均硬度为HRC60。用Lake Shore7410型振动样品磁强计进行磁性测试，材料相对磁导率为1.008。实际使用效果表明，激光强化后的无磁模具寿命在十几万次以上，耐磨性好，模壁无拉毛，模腔无变形、粘粉，有效保证了磁性材料毛坯的尺寸精度和表面质量。

Claims (1)

1.一种无磁模具激光强化方法，其特征在于：在无磁模具钢基体激光熔覆1.0-3.0mm的无磁Fe基超硬合金耐磨层，所述的无磁Fe基超硬合金粉末的化学成分为：WC：10-20wt%，Mo：1.5-3.0wt%，Cr：8-15wt%，Ni：2.5-4.0wt%，Nb：0.8-1.5wt%，Si：0.5-1.2wt%，Mn：0.3-0.6wt%，Ti：1.0-2.5wt%，Al：2.0-3.2wt%，余量Fe；
制备过程如下：
按上述化学成分制备无磁Fe基超硬合金粉末，采用波长范围为808nm-1100nm的连续激光作为熔覆热源，具体工艺参数为：激光功率1.8-4.0kw，光束扫描线速度150-500mm/min，圆光斑尺寸为3-6mm或矩形光斑尺寸2×7mm，送粉量25-50g/min，氩气流量范围15-25L/min，搭接率为30-60%。
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