CN105734563A - 激光表面复合强化修复方法及采用其方法修复的轴类零件 - Google Patents

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赵兵兵
朱茜
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    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides

Abstract

本发明提供了一种激光表面复合强化修复方法及采用其方法修复的轴类零件，使轴类零件材料具有高耐腐蚀性，明显提高材料表面硬度及耐磨性，既能达到恢复磨损的轴类零件表面尺寸的目的，又能保证零件表面高硬度且不产生开裂。其中，包括：清理轴类零件表面的杂质层，获得清洁后的轴类零件；对所述清洁后的轴类零件进行预加热处理，获得达到预热温度的轴类零件；进行激光熔覆加工，将Fe基合金粉末熔覆于所述达到预热温度的轴类零件的表面，获得熔覆后的轴类零件；采用纳米陶瓷粉对所述熔覆后的轴类零件的表面进行激光合金化加工，获得修复的轴类零件。

Description

激光表面复合强化修复方法及采用其方法修复的轴类零件
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种激光表面复合强化修复轴类零件及其制备方法。
背景技术
随着工业不断发展，轴类零件在工业中的使用越来越重要。由于轴类零件工作环境的复杂性，失效形式的种类也有很多种。其中，以磨损为主的表面失效是可以修复的。修复方式可采用大功率激光熔覆技术，对轴类零件表面失效部分进行修复，使得零件恢复到原有尺寸，并且性能如同新品。但是激光熔覆技术中高硬度粉末的开裂问题一直以来都是难以解决的问题。激光熔覆用的高硬度粉末B、Si、C含量较多，这三种元素都能生成硬质相，从而提高熔覆层硬度，但是会导致塑性下降，加大熔覆层开裂性倾向。现在大多数研究人员侧重于通过改变熔覆合金粉末的成分来达到高硬度、高耐磨、抗裂性好的熔覆效果。
除了上述提到的激光熔覆技术外，激光合金化也可以达到强化材料表面性能的目的，在基材表面喷涂合金粉末层，通过激光束与材料表面的相互作用，使材料表面发生物理及化学变化，可以明显提高材料表面硬度及耐磨性，与熔覆相比较，它的缺点在于不能恢复磨损零件表面尺寸。
由此可知，采用激光熔覆及激光合金化两种技术复合强化的方法，既能达到恢复磨损零件表面尺寸的目的，又能保证零件表面高硬度且不产生开裂，但是现有技术中并没有将两种方法相结合用于强化修复轴类零件的方法。
发明内容
本发明的目的是要提供一种激光表面复合强化修复方法及采用其方法修复的轴类零件，既能达到恢复磨损的轴类零件表面尺寸的目的，又能保证零件表面高硬度且不产生开裂。
本发明提供一种对轴类零件进行激光表面复合强化修复的方法，包括：
步骤一，清理轴类零件表面的杂质层，获得清洁后的轴类零件；
步骤二，对所述清洁后的轴类零件进行预加热处理，获得达到预热温度的轴类零件；
步骤三，进行激光熔覆加工，将Fe基合金粉末熔覆于所述达到预热温度的轴类零件的表面，获得熔覆后的轴类零件；
步骤四，采用纳米陶瓷粉对所述熔覆后的轴类零件的表面进行激光合金化加工，获得修复的轴类零件。
优选的，所述激光熔覆加工的工艺参数包括：激光功率1.5-3.5KW、扫描速度3-10mm/s、光斑直径15-20mm、搭接率30-40％以及熔覆厚度1.0-2.0mm。
优选的，所述激光合金化加工的工艺参数包括：激光功率1.5-3.5KW、扫描速度10-30mm/s、光斑直径3-5mm以及搭接率5-15％。
优选的，所述步骤一具体包括：清理所述轴类零件表面的灰尘、氧化膜，再清洗所述轴类零件表面的油污。
优选的，所述预加热处理具体包括：将所述清洁后的轴类零件的预热温度设置为150-250℃，加热1-2小时。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种激光表面复合强化修复的轴类零件，采用上述方法加工而成。
优选的，所述激光表面复合强化修复的轴类零件包括：轴类零件基体和复合强化部；所述复合强化部覆盖于所述轴类零件基体外侧。
优选的，所述复合强化部包括：熔覆层和合金化层。
优选的，所述熔覆层由Fe基合金粉末构成；所述Fe基合金粉末由以下组分组成：C：0.05-0.15％，Si：0.2-0.6％，Cr：15-19％，Ni：11-5％，Mo：0.3-0.9％，Fe余量。
优选的，所述合金化层由纳米陶瓷粉末构成；所述纳米陶瓷粉末由WC、TiC、Cr2C3和B4C组成。
本发明实施例具有以下技术效果：
本发明采用激光熔覆加工与激光合金化加工相配合，激光熔覆加工提高轴类零件材料的耐磨性，使轴类零件材料具有高耐腐蚀性，激光合金化加工使经过激光熔覆加工后的轴类零件外表面发生物理及化学变化，明显提高材料表面硬度及耐磨性，两者相互配合，既能达到恢复磨损的轴类零件表面尺寸的目的，又能保证零件表面高硬度且不产生开裂。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本发明实施例的对轴类零件进行激光表面复合强化修复的方法流程图。
具体实施方式
图1示出了本发明实施例的对本发明轴类零件进行激光表面复合强化修复的方法流程图。
在一些说明性实施例中，一种对轴类零件进行激光表面复合强化修复的方法，包括：
S101，清理轴类零件表面的杂质层，获得清洁后的轴类零件；
S102，对所述清洁后的轴类零件进行预加热处理，获得达到预热温度的轴类零件；
S103，进行激光熔覆加工，将Fe基合金粉末熔覆于所述达到预热温度的轴类零件的表面，获得熔覆后的轴类零件；
S104，采用纳米陶瓷粉对所述熔覆后的轴类零件的表面进行激光合金化加工，获得修复的轴类零件。
其中，所述Fe基合金粉末、纳米陶瓷粉采用送粉系统送粉，所述送粉系统采用气载式送粉器，送粉方式为侧向同步、预置送粉或同轴送粉，送粉系统采用氩气输送粉末并保护熔池。激光设备为CO2气体激光器、YAG激光器、半导体激光器或者是光纤激光器。本发明激光熔覆加工与激光合金化加工相配合，提高材料表面硬度及耐磨性，达到恢复磨损的轴类零件表面尺寸的目的，保证零件表面高硬度且不产生开裂。
在一些说明性实施例中，所述激光熔覆加工的工艺参数包括：激光功率1.5-3.5KW、扫描速度3-10mm/s、光斑直径15-20mm、搭接率30-40％以及熔覆厚度1.0-2.0mm。实验表明，采用该组数据进行激光熔覆加工，最适合与激光合金化加工工艺相配合，达到最佳效果。
在一些说明性实施例中，所述激光合金化加工的工艺参数包括：激光功率1.5-3.5KW、扫描速度10-30mm/s、光斑直径3-5mm以及搭接率5-15％。实验表明，采用该组数据进行激光合金加工，最适合与激光熔覆加工工艺相配合，达到最佳效果。
在一些说明性实施例中，所述步骤S101具体包括：清理所述轴类零件表面的灰尘、氧化膜，再清洗所述轴类零件表面的油污。其中，步骤S101中的杂质层不单指灰尘、氧化膜、油污，还包括其他需要去除的物质，例如需要修复的轴类零件的原工艺为渗氮处理，则去除的杂质层中包含渗氮层。
在一些说明性实施例中，所述预加热处理具体包括：将所述清洁后的轴类零件的预热温度设置为150-250℃，加热1-2小时。
在一些说明性实施例中，提供一种激光表面复合强化修复的轴类零件，采用上述的方法加工而成。
在一些说明性实施例中，所述激光表面复合强化修复的轴类零件包括：轴类零件基体和复合强化部；所述复合强化部覆盖于所述轴类零件基体外侧。
在一些说明性实施例中，所述复合强化部包括：熔覆层和合金化层。
在一些说明性实施例中，所述熔覆层由Fe基合金粉末构成；所述Fe基合金粉末由以下组分组成：C：0.05-0.15％，Si：0.2-0.6％，Cr：15-19％，Ni：11-5％，Mo：0.3-0.9％，Fe余量。经过实验验证，采用上述Fe基合金粉末，具有耐磨性和高耐腐蚀性，并且，经过长期研发和验证，该组分在保障塑性的同时，对TiC、Cr2C3和B4C组分构成的合金化层呈现出优良的结合性，与所述合金化层由纳米陶瓷粉末配合度高，零件表面具有高硬度且不产生开裂。
在一些说明性实施例中，所述合金化层由纳米陶瓷粉末构成；所述纳米陶瓷粉末由WC、TiC、Cr2C3和B4C组成。经过实验验证，所述合金化层由纳米陶瓷粉末构成，明显提高轴类零件材料表面硬度及耐磨性，且材料表面不产生开裂。工艺简单，并且节省原材料。
修复磨损的连杆轴承位连杆，所述连杆轴承位连杆材质为30CrNiMo8，修复部位原工艺为渗氮处理，采用本发明所述方法：
清理轴类零件表面的渗氮层，获得清洁后的轴类零件；
对所述清洁后的轴类零件进行预加热处理，获得达到预热温度的轴类零件；
进行激光熔覆加工，将Fe基合金粉末熔覆于所述达到预热温度的轴类零件的表面，获得熔覆后的轴类零件；
采用纳米陶瓷粉对所述熔覆后的轴类零件的表面进行激光合金化加工，获得修复的轴类零件。
采用上述方法可替代原有渗氮层，并且耐磨损、耐各种化工介质的酸碱性腐蚀，提高了硬度，不产生开裂，完全满足使用要求。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种对轴类零件进行激光表面复合强化修复的方法，其特征在于，包括：
步骤一，清理轴类零件表面的杂质层，获得清洁后的轴类零件；
步骤二，对所述清洁后的轴类零件进行预加热处理，获得达到预热温度的轴类零件；
步骤三，进行激光熔覆加工，将Fe基合金粉末熔覆于所述达到预热温度的轴类零件的表面，获得熔覆后的轴类零件；
步骤四，采用纳米陶瓷粉对所述熔覆后的轴类零件的表面进行激光合金化加工，获得修复的轴类零件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光熔覆加工的工艺参数包括：激光功率1.5-3.5KW、扫描速度3-10mm/s、光斑直径15-20mm、搭接率30-40％以及熔覆厚度1.0-2.0mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光合金化加工的工艺参数包括：激光功率1.5-3.5KW、扫描速度10-30mm/s、光斑直径3-5mm以及搭接率5-15％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：清理所述轴类零件表面的灰尘、氧化膜，再清洗所述轴类零件表面的油污。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预加热处理具体包括：将所述清洁后的轴类零件的预热温度设置为150-250℃，加热1-2小时。
6.一种激光表面复合强化修复的轴类零件，其特征在于，采用权利要求1-4中任一项所述的方法加工而成。
7.根据权利要求6所述的轴类零件，其特征在于，所述激光表面复合强化修复的轴类零件包括：轴类零件基体和复合强化部；所述复合强化部覆盖于所述轴类零件基体外侧。
8.根据权利要求7所述的激光表面复合强化修复轴类零件，其特征在于，所述复合强化部包括：熔覆层和合金化层。
9.根据权利要求8所述的激光表面复合强化修复轴类零件，其特征在于，所述熔覆层由Fe基合金粉末构成；所述Fe基合金粉末由以下组分组成：C：0.05-0.15％，Si：0.2-0.6％，Cr：15-19％，Ni：11-5％，Mo：0.3-0.9％，Fe余量。
10.根据权利要求8所述的激光表面复合强化修复轴类零件，其特征在于，所述合金化层由纳米陶瓷粉末构成；所述纳米陶瓷粉末由WC、TiC、Cr2C3和B4C组成。
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