CN105483698A

CN105483698A - 一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法

Info

Publication number: CN105483698A
Application number: CN201511032364.9A
Authority: CN
Inventors: 李文华; 黄荣刚; 蔡德明
Original assignee: Anhui Yugong Electrical And Mechanical Technology Co Ltd
Current assignee: Anhui Yugong Electrical And Mechanical Technology Co Ltd
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2016-04-13

Abstract

本发明公开了一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法，属于激光熔覆领域。本发明包括以下步骤：步骤1、进行超声波和着色探伤处理；步骤2、辊套熔覆前整体预热至200～300℃；步骤3、镍基粉末与球形碳化钨粉按一定比例混合制成球形碳化钨复合镍基粉末；步骤4、采用球形碳化钨复合镍基粉末熔覆送粉，激光功率选择3.5～4.2kW，扫描速度500～700mm/min，光斑直径为3～5mm，熔覆层总厚度为3～5mm；步骤5、熔覆完毕后充分保温10～15小时，降温后磨削修磨。本发明采用同步激光熔覆方法，把镍基合金粉末与碳化钨结合后对高铬铸铁熔覆，熔覆层硬度高，耐磨性好；而且过渡区基体与熔覆材料相互熔合，结合强度高，不易剥落，延长了使用寿命。

Description

一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，更具体地说，涉及一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法。

背景技术

立磨是一种理想的大型粉磨设备，广泛应用于水泥、电力、冶金、化工、非金属矿等行业。立磨辊套是立磨的核心部件和易磨损件，高铬铸铁目前广泛采用的一类材质，提高其耐磨损性能是用户的迫切需求。为了解决磨损问题，常采用堆焊方式进行表面修复，但一般的堆焊要对整个工件棍面进行退火后再车削、堆焊，存在较大热应力，同时会存在辊面剥落现象。

经过检索，发现有采用激光熔覆技术进行表面修复处理的，如中国专利申请号：201310499620.X，申请日：2013年10月23日，发明创造名称为：低镍铬无限冷硬铸铁轧辊激光表面合金化的合金粉末及合金化处理工艺，该申请案公开了一种低镍铬无限冷硬铸铁轧辊激光表面合金化的合金粉末及合金化处理工艺，其中合金粉末包括：WC、TiC、Ni、Cr、Co、Si、Mo、Y2O3粉末组成。本发明还提供了一种合金粉末化处理工艺，该工艺包括将待处理轧辊表面打磨除锈、用有机溶剂去除表面油污，将前述合金粉末与清漆乙醇溶液混合，将所得的混合液均匀喷涂在轧辊待处理工作面，风干后采用激光对轧辊表面进行扫描，使合金粉末和轧辊表层熔化混合，形成激光合金化层等步骤。

又如中国专利申请号：201510601351.2，申请日：2015年9月14日，该申请案公开了一种激光熔覆碳化钨陶瓷颗粒增强金属基涂层，其包括合金粉末，合金粉末包括摩尔之比为2∶1的钨粉、石墨，合金粉末还包括还原铁粉、铬粉、镍粉、硼粉、硅粉和铜粉；进一步的优选合金粉末的成分及百分质量比分别为：钨粉55～60％、石墨7～9％、还原铁粉23～30％、铬粉0～3％、镍粉2～6％、硼粉0.3～1％、硅粉0.4～1％；该申请案还公开了激光熔覆碳化钨陶瓷颗粒增强金属基涂层的加工方法，通过激光熔覆原位合成技术成功制备了碳化钨颗粒增强相来增强铁基复合材料，涂层与基体之间有一过渡层。

对于高铬铸铁，自身硬度高，其表面进行激光熔覆的工艺难度极大，只有过渡区的强度足够大，才能保证辊套在使用过程中熔覆层不会脱落，上述专利方案均是采用碳化钨合金粉末进行激光熔覆，虽然也能在立磨辊套上进行熔覆使用，但是结合强度不高，难以形成强度较高的结合层，使用寿命短。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中高铬铸铁激光熔覆时结合强度不高的不足，提供了一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法，本发明的技术方案，采用同步激光熔覆方法，把镍基合金粉末与碳化钨结合后对高铬铸铁熔覆，熔覆层硬度高，耐磨性好；而且过渡区基体与熔覆材料相互熔合，结合强度高，不易剥落，延长了使用寿命。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法，包括以下步骤：

步骤1、对待修复的辊套用手工打磨或机加工方式去除裂纹和疲劳层，然后进行超声波和着色探伤；

步骤2、辊套熔覆前整体预热至200～300℃；

步骤3、选择所要使用的球形碳化钨复合镍基粉末，镍基粉末与球形WC粉末按重量百分比为2～2.2：2.8～3.3的比例搅拌混合，且两种粉末均采用氩气保护气雾化制造工艺加工；

步骤4、采用二氧化碳横激光束进行熔覆，对熔池进行惰性气体保护，采用球形碳化钨复合镍基粉末熔覆送粉，激光功率选择3.5～4.2kW，扫描速度500～700mm/min，光斑直径为3～5mm，扫描方式为搭接扫描，搭接率为30～50％，采用螺旋差补法进行熔覆，熔覆层厚度为0.6～0.8mm；经多次熔覆，使熔覆层总厚度为3～5mm；

步骤5、熔覆完毕后充分保温10～15小时，降温后磨削修磨。

作为本发明更进一步的改进，步骤2中所述预热是采用两组10kW履带加热器均匀加热，周围用20～40mm厚的保温棉覆盖以减少散热。

作为本发明更进一步的改进，步骤3所述的镍基粉末中各成分及重量百分比为：C0.6～1.0％，Cr13～16％，Si3.0～4.5％，W2.8～3.2％，Fe13～16％，B3.0～4.0％，Ni余量。

作为本发明更进一步的改进，所述镍基合金粉末的粒度为100～325目。

作为本发明更进一步的改进，步骤4所述惰性气体为氩气，所述熔覆送粉是采用氩气保护气载专用送粉器送置粉末到激光熔池中。

本发明的镍基合金粉末中，B可以细化组织，不仅能提升强度，还可以增加强度和韧性；适量的Si可以提高熔覆金属的流动性，由于激光熔覆快速熔化、快速凝固的特点，熔覆金属来不及分散便开始凝固，增加一定量的Si可改善熔覆金属的分布；B和Si可以作为熔池脱氧剂，除去熔池中氧元素，提高金属流动性增加润湿性，能够起到固溶强化和弥散强化作用，增加自熔成渣性，提高熔敷层的硬度和耐磨性；Ni元素在合金中熔点较低，能够很好的改善基体和熔敷层之间的润湿性，并且能降低合金的热膨胀系数，减少复合材料中裂纹出现，提高熔敷层的韧性；Gr具有固溶强化作用，容易与C、B形成GrC、GrB硬质相从而提高合金硬度和耐磨性。碳化钨具有高硬度和高耐磨性，镍基合金和碳化钨混合是可改善粉末的可熔覆性，使碳化钨分布均匀，提高熔覆层的塑韧性。

由于高铬铸铁硬度大，难以熔覆，一方面采用较大的激光功率，因为激光功率较大时，基体的稀释率较大，合金熔体的流动性好，熔覆层表面平整、成形较好；另一方面，将球形碳化钨粉末与镍基合金粉末按照2：3的比例混合，在激光熔覆时，镍基合金可增加碳化钨的流动性，使其弥散分布在熔覆池中，能够与基材很好的结合，在增加耐磨性的同时增加了结合强度。此外，还需要配合适宜的激光熔覆工艺参数，激光功率选择3.8kW，扫描速度600mm/min，光斑3.5mm，搭接率45％，该参数与上述的2:3比例混合的球形碳化钨复合镍基粉末配合进行激光熔覆时，可达到较为理想的熔覆效果。

此外，扫描速度过小时，液态熔池停留时间较长，某些元素高温下发生氧化而产生的气体能够充分浮出熔池，因而气孔非常少；扫描速度过大时，液态熔池停留时间较短，气体在熔融状态时来不及逸出，留在熔覆层中便成为气孔；在3.5～4.2kW的高激光功率下，采用500～700mm/min的扫描速度较为适宜，能够使熔覆层与基体较好的结合。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法，采用氩气保护气载专用送粉器送置粉末到激光熔池中，送粉均匀性好，且利用镍基合金中B和Si提高金属流动性,增加润湿性，使各材料在熔池中分布均匀，细化晶粒；

(2)本发明的一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法，把镍基合金粉末与碳化钨按照一定比例混合，提高了碳化钨的流动性，使其在熔覆层均匀分布；采用同步激光熔覆方法，一方面提高了熔覆层与高铬铸铁材料的结合强度，不易剥落；另一方面增强了辊套的表面硬度，提高了耐磨性。

附图说明

图1为本发明中激光熔覆区的金相图；

图2为本发明中激光熔覆区和基材交界处的金相图；

图3为本发明中基材的金相图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例的一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法，包括以下步骤：

步骤1、对待修复的辊套用手工打磨或机加工方式去除裂纹和疲劳层，然后进行超声波和着色探伤，确保无裂纹和疲劳层。

步骤2、辊套熔覆前采用两组10kW履带加热器均匀加热，周围用40mm厚的保温棉覆盖以减少散热，整体预热至200℃。

步骤3、选择所要使用的球形碳化钨复合镍基粉末，镍基粉末与球形WC粉末按重量百分比为2：3的比例搅拌混合，且两种粉末均采用氩气保护气雾化制造工艺加工；其中，镍基粉末中各成分及重量百分比为：C0.6％，Cr16％，Si3.0％，W3％，Fe14％，B3.0％，Ni余量，述镍基合金粉末的粒度为100目。

步骤4、采用5kW二氧化碳横激光束进行熔覆，对熔池进行惰性气体保护，采用球形碳化钨复合镍基粉末熔覆送粉，采用氩气保护气载专用送粉器送置粉末到激光熔池中，激光功率选择3.6kW，扫描速度500mm/min，光斑直径为3mm，扫描方式为搭接扫描，搭接率为40％，采用螺旋差补法进行熔覆，熔覆层厚度为0.6mm；经多次熔覆，使熔覆层厚度为4.2mm。

步骤5、熔覆完毕后充分保温12小时，降温后磨削修磨。

实施例2

步骤2、辊套熔覆前采用两组10kW履带加热器均匀加热，周围用25mm厚的保温棉覆盖以减少散热，整体预热至260℃。

步骤3、选择所要使用的球形碳化钨复合镍基粉末，镍基粉末与球形WC粉末按重量百分比为2：3的比例搅拌混合，且两种粉末均采用氩气保护气雾化制造工艺加工；其中，镍基粉末中各成分及重量百分比为：C0.8％，Cr15.5％，Si4.0％，W3.0％，Fe15％，B3.5％，Ni余量，述镍基合金粉末的粒度为200目。

步骤4、采用5kW二氧化碳横激光束进行熔覆，对熔池进行惰性气体保护，采用球形碳化钨复合镍基粉末熔覆送粉，采用氩气保护气载专用送粉器送置粉末到激光熔池中，激光功率选择3.8kW，扫描速度600mm/min，光斑直径为3.5mm，扫描方式为搭接扫描，搭接率为45％，采用螺旋差补法进行熔覆，熔覆层厚度为0.6mm；经多次熔覆，使熔覆层厚度为3.6mm。

步骤5、熔覆完毕后充分保温12小时，降温后磨削修磨。

图1～图3为激光熔覆后的各部分金相图，从图中可以看到球形碳化钨均匀弥散在熔覆层组织中，从图2中可以看到交界处的发亮处的熔合区已渗入基材表面，由于碳化钨硬度高，将使熔覆层具有优异的耐磨性。

实施例3

步骤3、选择所要使用的球形碳化钨复合镍基粉末，镍基粉末与球形WC粉末按重量百分比为2：3.2的比例搅拌混合，且两种粉末均采用氩气保护气雾化制造工艺加工；其中，镍基粉末中各成分及重量百分比为：C1.0％，Cr15％，Si4.5％，W3％，Fe16％，B4％，Ni余量，述镍基合金粉末的粒度为200目。

步骤4、采用5kW二氧化碳横激光束进行熔覆，对熔池进行惰性气体保护，采用球形碳化钨复合镍基粉末熔覆送粉，采用氩气保护气载专用送粉器送置粉末到激光熔池中，激光功率选择4.0kW，扫描速度6440mm/min，光斑直径为4mm，扫描方式为搭接扫描，搭接率为45％，采用螺旋差补法进行熔覆，熔覆层厚度为0.7mm；经多次熔覆，使熔覆层厚度为4.9mm。

步骤5、熔覆完毕后充分保温15小时，降温后磨削修磨。

实施例4

步骤2、辊套熔覆前采用两组10kW履带加热器均匀加热，周围用30mm厚的保温棉覆盖以减少散热，整体预热至240℃。

步骤3、选择所要使用的球形碳化钨复合镍基粉末，镍基粉末与球形WC粉末按重量百分比为2：2.9的比例搅拌混合，且两种粉末均采用氩气保护气雾化制造工艺加工；其中，镍基粉末中各成分及重量百分比为：C0.9％，Cr15.5％，Si4.5％，W2.8％，Fe15％，B3.8％，Ni余量，述镍基合金粉末的粒度为220目。

步骤4、采用5kW二氧化碳横激光束进行熔覆，对熔池进行惰性气体保护，采用球形碳化钨复合镍基粉末熔覆送粉，采用氩气保护气载专用送粉器送置粉末到激光熔池中，激光功率选择4.0kW，扫描速度6440mm/min，光斑直径为4mm，扫描方式为搭接扫描，搭接率为45％，采用螺旋差补法进行熔覆，熔覆层厚度为0.8mm；经多次熔覆，使熔覆层厚度为4mm；

步骤5、熔覆完毕后充分保温13小时，降温后磨削修磨。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤2、辊套熔覆前整体预热至200～300℃；

步骤5、熔覆完毕后充分保温10～15小时，降温后磨削修磨。

2.根据权利要求1所述的一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法，其特征在于：步骤2中所述预热是采用两组10kW履带加热器均匀加热，周围用20～40mm厚的保温棉覆盖以减少散热。

3.根据权利要求1或3所述的一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法，其特征在于：步骤3所述的镍基粉末中各成分及重量百分比为：C0.6～1.0％，Cr13～16％，Si3.0～4.5％，W2.8～3.2％，Fe13～16％，B3.0～4.0％，Ni余量。

4.根据权利要求1或3所述的一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法，其特征在于：所述镍基合金粉末的粒度为100～325目。

5.根据权利要求1所述的一种高铬铸铁辊套复合碳化钨的熔覆方法，其特征在于：步骤4所述惰性气体为氩气，所述熔覆送粉是采用氩气保护气载专用送粉器送置粉末到激光熔池中。