CN105108444B - 高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法，包括步骤：对刀具表面进行激光清洗，并进行无损检测，定位所述刀具的损伤区；对所述刀具的损伤区进行激光熔覆处理，处理后所述损伤区略高于所述刀具表面；对刀具整个表面进行激光熔覆处理，随后对刀具整个表面进行抛光处理；在抛光处理后的刀具表面涂覆吸收层，透过约束层对刀具表面进行激光冲击处理。本发明提供的高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法，能够克服背景技术中修复强化不足等缺点，综合提高剪切装备刀具的耐高温耐磨损的性能，大幅延长刀具使用寿命，解决了工程实际应用的问题。

Description

高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法

技术领域

本发明涉及机械制造与材料处理加工领域，尤其涉及一种高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法。

背景技术

激光清洗是一种新型的激光表面处理技术，激光清洗机理主要是基于物体表面污染物吸收激光能量后，或汽化挥发，或瞬间受热膨胀而克服表面对粒子的吸附力，使其脱离物体表面，进而达到清洗的目的。与传统清洗工艺相比，激光清洗技术是一种“绿色”清洗工艺，不需要清洁液或其他化学溶液，且清洁度远远高于化学清洗工艺，可以方便地实现自动化操作。

激光熔覆(Laser Cladding)亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术，通过基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化构成一种新的复合材料，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，满足了对材料表面特定性能的要求。能充分发挥二者的优势，克服彼此的不足。激光熔覆可以在较低的成本条件下，显著提高材料的表面性能，扩大其适用范围和领域，延长其使用寿命。考虑到损伤区域较小，故对损伤区域和刀具均采用耐高温耐磨TiC/Co基复合合金为表面熔覆材料。

激光冲击强化技术是利用强激光束产生的等离子冲击波与材料相互作用，在金属材料表面形成塑性变形层产生孪晶等晶体并形成极细小的位错亚结构，使材料表层形成很大的残余压应力，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀等性能。

刀具是剪切装备中实现最终剪切目的的关键零件，其质量的优劣、寿命的长短将直接影响着整套机床或设备单元的使用和效能，更关系到产量和经济效益。高温超重切削过程中，剪机刀具的表面经常磨损、缺陷等等，这不仅影响产品的质量以及生产成本增加,还会造成刀具的报废。如果频繁更刀具更会导致生产量下降，给企业带来巨大的经济损失，同时这给会引起资源的浪费，不符合绿色经济发展要求。因此研究对受损的刀具进行修复强化的方法提高刀具的高温耐磨损性能具有重要意义。

专利号为CN103695939A的中国专利公开了一种高温服役剪切装备刀具的修复及强化的方法。该方法在常温条件下，对高速钢切削刀具基体的磨损区，通过激光熔覆硬质合金粉末，实现对切削刀具的修复，再通过激光冲击强化对刀具受损的区域进行强化。但是激光熔覆前利用传统的方式进行清洗，不能实现高清洁度清洗，特别对于铁锈的清洗，传统清洗很难清洗干净，因此在此表面上进行的激光熔覆的合金层容易脱落，而且效率比较低。其次，该方法不能提高刀具整体耐高温耐磨损性能，只局限于对受损区域进行修复强化，这会导致其他为受损区域继续发生磨损，不能实现刀具整体强化的目的。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的目的是提供一种高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法，解决背景技术中修复强化不足、效率较低，并且修复只限于受损区域，对于非受损区域不进行操作，不能实现刀具整体强化等技术问题。

本发明提供一种高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法，包括步骤：

S101：对刀具表面进行激光清洗，并进行无损检测，定位所述刀具的损伤区；

S102：对所述刀具的损伤区进行激光熔覆处理，处理后所述损伤区略高于所述刀具表面；

S103：对刀具整个表面进行激光熔覆处理，随后对刀具整个表面进行抛光处理；

S104：在抛光处理后的刀具表面涂覆吸收层，透过约束层对刀具表面进行激光冲击处理。

本发明提供的高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法，能够克服背景技术中修复强化不足等缺点，综合提高剪切装备刀具的耐高温耐磨损的性能，大幅延长刀具使用寿命，解决了工程实际应用的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中高温服役剪切装备刀具的修复强化方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的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。

本发明提供一种高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法，包括步骤：

S101：对刀具表面进行激光清洗，并进行无损检测，定位所述刀具的损伤区；

S102：对所述刀具的损伤区进行激光熔覆处理，处理后所述损伤区略高于所述刀具表面；

S103：对刀具整个表面进行激光熔覆处理，随后对刀具整个表面进行抛光处理；

S104：在抛光处理后的刀具表面涂覆吸收层，透过约束层对刀具表面进行激光冲击处理。

本发明中提供修复及强化方法能够综合改善剪切装备刀具的耐高温耐磨损等性能，大幅延长了刀具的使用寿命。

首先需要对刀具进行激光清洗，使用激光清洗效率高、效果好，激光清洗可以快速清理刀具表面的油污、铁锈，使得刀具获得较高的表面清洁度。同时激光清洗是一种“干式”清洗，不需要清洁液或其他化学溶液，因此不会对环境造成污染保证刀具表面具有较高的清洁度，有利下一步激光熔覆的进行；随后通过无损探伤的方法检测刀具表面磨损以及缺陷的具体位置、大小等情况。

可选的，所述激光清洗时还需要在所述刀具周围填充惰性气体。随后对刀具的损伤区进行激光熔覆处理，在处理的同时需要在刀具周围填充惰性气体，例如：氮气、氩气、氦气等等。

可选的，所述激光清洗采用YAG激光器，所述YAG激光器额定平均输出功率为30W，重复频率为10Hz。

可选的，所述激光熔覆处理具体为同步式激光熔覆。激光清洗后需要先后对刀具的损伤区和整个表面分别进行激光熔覆处理，对损伤区的处理能够修复刀具的损伤，随后通过对刀具的整个表面进行激光熔覆，对整个刀具进行强化，增强整个刀具的性能。

可选的，所述激光熔覆材料为ZrO₂粉末。

可选的，所述刀具表面熔覆层厚度为0.4mm。

可选的，对所述刀具的损伤区进行激光熔覆处理中，激光的功率为1500W，扫描速度为5mm/s。

可选的，对所述刀具整个表面进行激光熔覆处理中，激光的功率为2000W，扫描速度为10mm/s。

可选的，所述吸收层为铝箔层，所述约束层为K9玻璃层。

可选的，所述激光冲击处理采用CO₂激光器，所述CO₂激光器输出波长为1064nm，脉冲能量为30J，搭接率为50％。对修复后的熔覆层进行激光冲击强化处理，使得高温服役剪切装备刀具表面产生高幅值残余压应力，提高了金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀等性能，进而能够大幅延长高温服役剪切装备刀具的使用寿命。

实施例二：

本实施例提供一种对T12A工具钢的剪切装备刀具进行修复强化的过程。其中T12A剪切装备刀具的化学成分为：C1.15-1.24；Si≦0.35；Mn≦0.4；S≦0.032；P≦0.035，硬度为217HB。

对拆卸后的T12A剪切装备刀具进行激光清洗，同时吹氮气。激光清洗的YAG激光器功率为30W，频率为10Hz。

对刀具进行无损检测，精确定位损伤部位；将刀具置于激光器下合适的位置，采用激光熔覆的YAG激光器进行熔覆，对损伤的部位进行激光熔覆TiC/Co基复合合金粉末。熔覆受损部位时，激光的功率为1500W，扫描速度采用5mm/s，使熔覆后的高度略高于刀具表面；对刀具表面进行熔覆时，激光的功率为2000W，扫描速度为10mm/s，激光熔覆形成的熔覆层厚度达0.4mm。

待刀具冷却以后冷却后，将刀具再放到工作台上，在刀具表面涂敷吸收层铝箔，放置约束层K9玻璃，将其定位好后用夹具夹紧。调节激光参数为激光脉冲能量为30J，输出波长为1064nm，光斑直径为3mm，进行激光冲击。

经测试表明，该种处理方式使得熔覆层与刀具体更好的结合，更不容易脱落。通过本发明修复强化后的刀具硬度显著提高耐高温、耐磨性等性能，其表面残余应力状态由拉应力状态变为压应力状态，其疲劳寿命和耐磨性等性能显著改善，这对改进高温服役剪切装备刀具性能具有重要意义。

在本发明上述各实施例中，实施例的序号和/或先后顺序仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (4)

1.一种高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法，其特征在于，包括步骤：

S101：对刀具表面进行激光清洗，并进行无损检测，定位所述刀具的损伤区，所述激光清洗时还需要在所述刀具周围填充惰性气体，所述激光清洗采用YAG激光器，所述YAG激光器额定平均输出功率为30W，重复频率为10Hz；

S102：对所述刀具的损伤区进行激光熔覆处理，处理后所述损伤区略高于所述刀具表面，所述激光熔覆处理具体为同步式激光熔覆；

S103：对刀具整个表面进行激光熔覆处理，随后对刀具整个表面进行抛光处理，激光的功率为2000W，扫描速度为10mm/s，刀具表面熔覆层厚度为0.4mm；

S104：在抛光处理后的刀具表面涂覆吸收层，透过约束层对刀具表面进行激光冲击处理，所述吸收层为铝箔层，所述约束层为K9玻璃层。

2.根据权利要求1所述的高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法，其特征在于，所述激光熔覆材料为ZrO₂粉末。

3.根据权利要求1所述的高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法，其特征在于，对所述刀具的损伤区进行激光熔覆处理中，激光的功率为1500W，扫描速度为5mm/s。

4.根据权利要求1所述的高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法，其特征在于，所述激光冲击处理采用CO₂激光器，所述CO₂激光器输出波长为1064nm，脉冲能量为30J，搭接率为50％。