CN105154876A - 废旧铸钢走轮再制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种废旧铸钢走轮再制造方法，其特征在于包括如下步骤：①废旧走轮部件预处理；②熔覆粉末配置；③走轮预热处理；④熔覆粉末预置；⑤激光熔覆；⑥后热处理。与现有技术相比，本发明的优点在于：获得的熔覆层与基体能形成冶金结合，涂层组织致密，性能优异，熔覆层无裂纹；得到的熔覆层表面粗糙度小，比较平整，加工余量小，同时工序简单，控制容易。
Description
技术领域
本发明涉及一种走轮部件的表面处理方法。属于金属表面处理技术领域。
背景技术
走轮是船舶及港机起吊装备上应用非常广泛的部件之一，每年报废的走轮部件超过上万件，这些走轮部件的报废大部分是因为表面磨损或疲劳而引起的尺寸超差或表面特种功能丧失，但表面修复后还可恢复利用。目前采用的修复技术主要电弧或火焰堆焊、热喷涂(火焰、等离子)等。在堆焊、热喷涂或喷焊时，热输入量大，能量不集中，部件热影响区大，易畸变甚至开裂，喷涂层稀释率大，降低了基体和材料的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种表面涂层组织致密熔覆层无裂纹的废旧铸钢走轮再制造方法。
本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种操作简单、效率高且易于实现自动化控制废旧铸钢走轮再制造方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种废旧铸钢走轮再制造方法，其特征在于包括如下步骤：
①废旧走轮部件预处理，机加工去除废旧走轮表面的氧化层、疲劳层和表面裂纹，然后进行无损检测，确保表面没有裂纹和气孔缺陷存在，最后清洗待加工表面，使走轮表面洁净；
②熔覆粉末配置，选择配置镍基自熔性合金粉末，将镍基自熔性合金粉末放入95℃～105℃鼓风恒温干燥箱内，保温时间450～550min，进行烘干处理；
③走轮预热处理，将处理后的走轮放入190℃～210℃烘箱进行预热处理，保温时间140～160min，预制涂层前对走轮工作表面进行喷砂处理；
④熔覆粉末预置，采用超音速火焰喷涂设备制备预制涂层，先将镍基自熔性合金粉末加入喷涂设备送粉器内，送粉载气为氮气，预制涂层的厚度控制在0.8～1.5mm；
⑤激光熔覆，熔覆前将上述处理后的走轮放入恒温箱内340～360℃，保温175～185min，采用采用固体光纤激光器，输出的光斑为宽带矩形光斑，功率密度为100～113kW/mm2，走轮转速为0.5～0.75rpm，激光熔覆保护气氩气，气流量为：8～10L/min，激光熔覆采用螺旋搭接的方式，激光扫描采用主轴进给的方式，行走速率为6～8mm/转；
⑥去应力退火热处理，将上述处理后的走轮放入热处理炉，温度为150～180℃，保温时间200～220min，随炉冷至室温。
作为优选，步骤④中的喷涂工艺条件为：丙烷流量：35～42FMR，氧气流量：28～32FMR，压缩空气流：48～52FMR，喷涂距离：240～255mm，走轮转速：25～40rpm，喷枪扫描速率：40～80mm/s，送粉速率：60～70g/min。
进一步，步骤⑤中熔覆层厚度需求大于1.5mm时则重复步骤④和步骤⑤的操作，直到满足尺寸要求为止。
作为优选，步骤②中的镍基自熔性合金粉末组分和重量百分比如下：C：0.3～0.7％；Si：3.0～4.3％；B：1.0～3.0％；Fe：2.4～3.5％；Cr：10.6～14.2％；WS2：3～5％；Ni：余量，粉末HRC硬度为：50～62。
与现有技术相比，本发明的优点在于：获得的熔覆层与基体能形成冶金结合，涂层组织致密，性能优异，熔覆层无裂纹；得到的熔覆层表面粗糙度小，比较平整，加工余量小；超音速火焰喷涂+宽带激光熔覆工艺操作简单、效率高，且易于实现自动化控制。
采用宽带激光螺旋搭接处理，与圆形光斑激光熔覆相比，提高了加工效率，并且有效减少了搭接软化区域的面积，提高了组织的均匀性，得到细晶粒组织，能显著提高表面硬度和耐磨性能，表面显微硬度最高能达到HRC60～62，耐磨损性能提高1倍以上，涂层使用性能更优。
采用超音速火焰喷涂预制粉末的方式，只要是火焰能够到达的深度，都可以制备的预制涂层，涂层厚度可以精确控制，并且制备的预制涂层较其他粘结预制方式涂层致密，产生气孔缺陷的倾向小，激光熔覆后涂层致密，涂层宏观比较平整，减少了加工余量；
由于宽带激光器的焦距达400mm，熔覆加工时只要激光能够照射到的位置便可以实现重熔处理，而等离子堆焊由于堆焊距离和焊枪尺寸限制，存在凹槽边角位置难以加工的问题；易实现自动化控制，并且具有熔覆层稀释率小，工件变形小、加工余量小的优势。
激光熔覆再制造技术与堆焊技术、热喷涂技术相比有如下技术优势：激光束能量密度高，加工速度快，热影响区和工件热变形小；熔覆层组织致密，熔覆层与基材为冶金结合，结合强度高；熔覆层稀释率低，熔覆层尺寸和厚度精确可控，可采用各种性能优良的材料对基材表面进行强化改性。
附图说明
图1为实施例1中走轮超音速火焰喷涂后显微照片。
图2为实施例1中激光熔覆后的组织照。
图3为实施例1中激光熔覆走轮示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
(a)、废旧走轮部件预处理：机加去除废旧走轮表面的氧化层、疲劳层和表面裂纹，机加完成后进行无损检测，然后用清洗剂清洗待加工表面，使走轮表面洁净。
(b)、熔覆粉末配置：根据走轮实际工作工况，配置镍基自熔性合金粉末，粉末主要成分(质量分数)为：C：0.3％；Si：3.0％；B：1.0％；Fe：2.4％；Cr：10.6％；WS2：3％；Ni：余量。粉末硬度为：HRC50-52。将粉末放入100±5℃鼓风恒温干燥箱内，保温50min烘干处理。
(c)、走轮预热处理：将(a)处理后的走轮放入200±10℃烘箱进行预热处理，保温时间150±10min，预制涂层前对走轮工作表面进行喷砂处理。
(d)熔覆粉末预置：采用超音速火焰喷涂设备制备预制涂层，先将(b)处理后的粉末加入喷涂设备送粉器内，送粉载气为氮气，预制涂层的厚度为0.8mm。喷涂工艺为：丙烷流量：35FMR，氧气流量：28FMR，压缩空气流：48FMR，喷涂距离：240mm，走轮转速：25rpm，喷枪扫描速率：40mm/s，送粉速率：60g/min。
(e)激光熔覆：熔覆前将(d)处理后的走轮放入恒温箱内350±10℃，保温180min。然后采用12×2mm宽带矩形光斑，激光器采用固体光纤激光器，功率密度为100kW/mm2，走轮转速为0.5rpm，激光熔覆保护气氩气，气流量为：10L/min，激光熔覆采用螺旋搭接的方式，激光扫描采用主轴进给的方式，行走速率为6mm/转。
(f)、后热处理：将(e)处理后的走轮放入热处理炉，温度为150℃，保温时间210±10min，随炉缓冷至室温。
图1为试样编号为1-1中走轮超音速火焰喷涂后显微照片。
图2为试样编号为1-1中激光熔覆后的组织照。
如图3所示，激光头1从左向右横向移动，走轮基体5随主轴转到，激光束2打在预制涂层4上，形成重熔层3。
其力学性能测试和表面渗透探伤结果为：
实施例2：
(a)、废旧走轮部件预处理：机加去除废旧走轮表面的氧化层、疲劳层和表面裂纹，机加完成后进行无损检测，然后用清洗剂清洗待加工表面，使走轮表面洁净。
(b)、熔覆粉末配置：根据走轮实际工作工况，配置镍基自熔性合金粉末，粉末主要成分(质量分数)为：C：0.45％；Si：3.6％；B：2.0％；Fe：3.0％；Cr：12.2％；WS2：5％；Ni：余量。粉末硬度为：HRC55～57。将粉末放入100±5℃鼓风恒温干燥箱内，保温50min烘干处理。
(c)、走轮预热处理：将(a)处理后的走轮放入200±10℃烘箱进行预热处理，保温时间150±10min，预制涂层前对走轮工作表面进行喷砂处理。
(d)熔覆粉末预置：采用超音速火焰喷涂设备制备预制涂层，先将(b)处理后的粉末加入喷涂设备送粉器内，送粉载气为氮气，预制涂层的厚度为1.2mm。喷涂工艺为：丙烷流量：38FMR，氧气流量：30FMR，压缩空气流：50FMR，喷涂距离：245mm，走轮转速：30rpm，喷枪扫描速率：60mm/s，送粉速率：65g/min。
(e)激光熔覆：熔覆前将(d)处理后的走轮放入恒温箱内350±10℃，保温180min。然后采用12×2mm宽带矩形光斑，激光器采用固体光纤激光器，功率密度为108kW/mm2，走轮转速为0.6rpm，激光熔覆保护气氩气，气流量为：10L/min，激光熔覆采用螺旋搭接的方式，激光扫描采用主轴进给的方式，行走速率为7mm/转。
(f)、后热处理：将(e)处理后的走轮放入热处理炉，温度为150～180℃，保温时间210±10min，随炉缓冷至室温。
其力学性能测试和表面渗透探伤结果为：
实施例3：
(a)、废旧走轮部件预处理：机加去除废旧走轮表面的氧化层、疲劳层和表面裂纹，机加完成后进行无损检测，然后用清洗剂清洗待加工表面，使走轮表面洁净。
(b)、熔覆粉末配置：根据走轮实际工作工况，配置镍基自熔性合金粉末，粉末主要成分(质量分数)为：C：0.75％；Si：4.3％；B：1.0％；Fe：3.5％；Cr：14.2％；WS2：5％；Ni：余量。粉末硬度为：HRC60～62。将粉末放入100±5℃鼓风恒温干燥箱内，保温50min烘干处理。
(c)、走轮预热处理：将(a)处理后的走轮放入200±10℃烘箱进行预热处理，保温时间150±10min，预制涂层前对走轮工作表面进行喷砂处理。
(d)熔覆粉末预置：采用超音速火焰喷涂设备制备预制涂层，先将(b)处理后的粉末加入喷涂设备送粉器内，送粉载气为氮气，预制涂层的厚度控制在1.5mm。喷涂工艺为：丙烷流量：42FMR，氧气流量：32FMR，压缩空气流：52FMR，喷涂距离：255mm，走轮转速：40rpm，喷枪扫描速率：80mm/s，送粉速率：70g/min。
(e)激光熔覆：熔覆前将(d)处理后的走轮放入恒温箱内350±10℃，保温180min。然后采用12×2mm宽带矩形光斑，激光器采用固体光纤激光器，功率密度为113kW/mm2，走轮转速为0.75rpm，激光熔覆保护气氩气，气流量为：10L/min，激光熔覆采用螺旋搭接的方式，激光扫描采用主轴进给的方式，行走速率为8mm/转。
(f)、后热处理：将(e)处理后的走轮放入热处理炉，温度为180℃，保温时间210±10min，随炉缓冷至室温。
其力学性能测试和表面渗透探伤结果为：
实施例4：
(a)、废旧走轮部件预处理：机加去除废旧走轮表面的氧化层、疲劳层和表面裂纹，机加完成后进行无损检测，然后用清洗剂清洗待加工表面，使走轮表面洁净。
(b)、熔覆粉末配置：根据走轮实际工作工况需求，选择配置镍基自熔性合金粉末，粉末主要成分(质量分数)为：C：0.5％；Si：3.8％；B：2.5％；Fe：2.7％；Cr：12.0％；WS2：5％；Ni：余量。粉末硬度为：HRC55～58。将粉末放入100±5℃鼓风恒温干燥箱内，保温50min烘干处理。
(c)、走轮预热处理：将(a)处理后的走轮放入200±10℃烘箱进行预热处理，保温时间150±10min，预制涂层前对走轮工作表面进行喷砂处理。
(d)熔覆粉末预置：采用超音速火焰喷涂设备制备预制涂层，先将(b)处理后的粉末加入喷涂设备送粉器内，送粉载气为氮气，预制涂层的厚度控制在1.2mm。喷涂工艺为：丙烷流量：40FMR，氧气流量：30FMR，压缩空气流：50FMR，喷涂距离：250mm，走轮转速：30rpm，喷枪扫描速率：60mm/s，送粉速率：65g/min。
(e)激光熔覆：熔覆前将(d)处理后的走轮放入恒温箱内350±10℃，保温180min。然后采用12×2mm宽带矩形光斑，激光器采用固体光纤激光器，功率密度为113kW/mm2，走轮转速为0.5rpm，激光熔覆保护气氩气，气流量为：10L/min，激光熔覆采用螺旋搭接的方式，激光扫描采用主轴进给的方式，行走速率为8mm/转。重复(d)和(e)操作直到涂层厚度达3.5mm以上。
(f)、后热处理：将(e)处理后的走轮放入热处理炉，温度为180℃，保温时间210±10min，随炉缓冷至室温。
其力学性能测试和表面渗透探伤结果为：
Claims (4)
1.一种废旧铸钢走轮再制造方法，其特征在于包括如下步骤：
①废旧走轮部件预处理，机加工去除废旧走轮表面的氧化层、疲劳层和表面裂纹，然后进行无损检测，确保表面没有裂纹和气孔缺陷存在，最后清洗待加工表面，使走轮表面洁净；
②熔覆粉末配置，选择配置镍基自熔性合金粉末，将镍基自熔性合金粉末放入95℃～105℃鼓风恒温干燥箱内，保温时间450～550min，进行烘干处理；
③走轮预热处理，将处理后的走轮放入190℃～210℃烘箱进行预热处理，保温时间140～160min，预制涂层前对走轮工作表面进行喷砂处理；
④熔覆粉末预置，采用超音速火焰喷涂设备制备预制涂层，先将镍基自熔性合金粉末加入喷涂设备送粉器内，送粉载气为氮气，预制涂层的厚度控制在0.8～1.5mm；
⑤激光熔覆，熔覆前将上述处理后的走轮放入恒温箱内340～360℃，保温175～185min，采用采用固体光纤激光器，输出的光斑为宽带矩形光斑，功率密度为100～113kW/mm2，走轮转速为0.5～0.75rpm，激光熔覆保护气氩气，气流量为：8～10L/min，激光熔覆采用螺旋搭接的方式，激光扫描采用主轴进给的方式，行走速率为6～8mm/转；
⑥去应力退火热处理，将上述处理后的走轮放入热处理炉，温度为150～180℃，保温时间200～220min，随炉冷至室温。
2.根据权利要求1所述的废旧铸钢走轮再制造方法，其特征在于步骤④中的喷涂工艺条件为：丙烷流量：35～42FMR，氧气流量：28～32FMR，压缩空气流：48～52FMR，喷涂距离：240～255mm，走轮转速：25～40rpm，喷枪扫描速率：40～80mm/s，送粉速率：60～70g/min。
3.根据权利要求1所述的废旧铸钢走轮再制造方法，其特征在于步骤⑤中熔覆层厚度需求大于1.5mm时则重复步骤④和步骤⑤的操作，直到满足尺寸要求为止。
4.根据权利要求1所述的废旧铸钢走轮再制造方法，其特征在于步骤②中的镍基自熔性合金粉末组分和重量百分比如下：C：0.3～0.7％；Si：3.0～4.3％；B：1.0～3.0％；Fe：2.4～3.5％；Cr：10.6～14.2％；WS2：3～5％；Ni：余量，粉末HRC硬度为：50～62。
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