CN106756990A - 一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法 - Google Patents

一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106756990A
CN106756990A CN201611031564.7A CN201611031564A CN106756990A CN 106756990 A CN106756990 A CN 106756990A CN 201611031564 A CN201611031564 A CN 201611031564A CN 106756990 A CN106756990 A CN 106756990A
Authority
CN
China
Prior art keywords
precipitation
stainless steel
cladding layer
hardening stainless
nanosizing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611031564.7A
Other languages
English (en)
Inventor
张保森
宋敏
黄卫华
曾晓利
阚艳
陈海牛
程宗辉
曹强
张志强
孙涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Institute Of General Professional Technology
State Run Wuhu Machinery Factory
Original Assignee
Hefei Institute Of General Professional Technology
State Run Wuhu Machinery Factory
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Institute Of General Professional Technology, State Run Wuhu Machinery Factory filed Critical Hefei Institute Of General Professional Technology
Priority to CN201611031564.7A priority Critical patent/CN106756990A/zh
Publication of CN106756990A publication Critical patent/CN106756990A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/04—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering with simultaneous application of supersonic waves, magnetic or electric fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/56—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.7% by weight of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法。通过激光熔覆技术在基体表面凝固形成熔覆层，然后利用超声滚压纳米化技术在沉淀硬化不锈钢表面熔覆层上制备纳米结构改性层，降低熔覆层内部孔隙、微裂纹等缺陷，形成有益的残余压应力，改善熔覆层的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性能，提高修复或再制造零件的使用寿命。

Description

一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法。
背景技术
近年来，超声表面滚压(Ultrasonic surface rolling extrusion,USRE)加工技术在材料表面改性强化和纳米技术方面越来越重要，钢铁类的表面纳米化深滚技术的研究相对较多，但是在沉淀硬化不锈钢表面的研究却是相对较少的，技术也显得不够成熟，所以未来的发展离不开对新型材料的深滚技术研究。
表面纳米化技术因能显著改善材料的显微结构和性能，引发研究金属纳米材料的新方向，随着研究的不断进展，该技术已在钢铁与冶金、表面工程及航天航空等领域得到广泛应用。纳米化技术在航空航天领域中的应用主要体现在一些部件的性能改进上，如含20％超微钴颗粒的金属陶瓷可用于火箭喷管；对液浮轴承处理后使其寿命和可靠性得到大幅度提高；通过晶粒细化的金属材料，可用作吸收能量的准纳米金属泡沫等。虽然纳米化技术已取得很多有意义的研究成果，但是在金属尤其是1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢方向上仍存在以下问题：1)实现金属材料表面组织的结构与组成、形貌与尺寸的有效控制；2)发展较为有效并能优化传统工艺的纳米化方法和前后预处理，通过优化后的纳米化制备工艺对金属进行表面强化；3)有关金属表面纳米化的组织性能、摩擦特性与应用方面仍空白。
表面纳米化技术引起了越来越多的国内外学者的关注，已利用某些表面机械加工处理法成功地实现材料表面纳米化，如纯铁、纯铜、铝合金、40Cr、不锈钢和低碳钢等，而对于航空装备零部件中常用的综合性能较好的1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢表面及其表面熔覆层的纳米化重构处理研究却是鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法，利用超声滚压纳米化在沉淀硬化不锈钢熔覆层表面制备滚压纳米层，得到具有优异耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性的表面纳米化的沉淀硬化不锈钢熔覆层。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化的制备方法，包括以下步骤：
(1)基体材料的预处理：先将基体材料进行真空淬火并保温一段时间后油浴，然后冰冷处理并保温一段时间后空冷；再对冰冷处理后的基体材料进行回火并保温一段时间空冷出炉，为后序激光熔覆做准备；
(2)熔覆层材料选择：熔覆层选用与步骤(1)所述基体材料元素相近、含量不同的粉末，所述熔覆层粉末为200-300目的圆球形粉末；
(3)沉淀硬化不锈钢熔覆层的制备：采用同步送粉激光系统方式将步骤(2)所述熔覆层粉末通过送粉器送入激光光束下方熔化，在步骤(1)所述基体材料表面凝固形成沉淀硬化不锈钢熔覆层；
(4)沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理：安装超声滚压加工装置，设定超声滚压工艺参数，将步骤(3)所述沉淀硬化不锈钢熔覆层涂抹润滑油，然后进行超声深滚纳米化处理，得到表面超声滚压纳米化的沉淀硬化不锈钢表面熔覆层。
步骤(1)中所述的基体材料为1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢大轴。
步骤(1)中所述真空淬火温度为1050-1070℃，保温时间为40-60min，所述真空淬火后的基体材料结构为马氏体和大量残余奥氏体；所述冰冷处理温度为-(70-75)℃，保温时间为100-120min，所述冰冷处理后的基体材料结构为马氏体和少量残余奥氏体；所述回火温度为350-400℃，保温时间为100-120min，所述回火后的基体材料结构为马氏体和少量碳化物。
步骤(1)中所述的基体材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C0.11-0.16wt％,Mn 0.5-1.0wt％，Mo 2.3-2.8wt％，Ni 4.0-5.0wt％，Cr 14.0-15.5wt％，N0.05-0.10wt％,Si不大于0.7wt％，S不大于0.02wt％，P不大于0.03wt％，余量为Fe。
优选的，步骤(1)中所述的基体材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C0.12-0.14wt％,Mn 0.7-0.9wt％，Mo 2.5-2.7wt％，Ni 4.4-4.6wt％，Cr 14.5-15.0wt％，N0.07-0.09wt％,Si不大于0.5wt％，S不大于0.01wt％，P不大于0.02wt％，余量为Fe。
步骤(2)中所述的熔覆层材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C10.65-12.50wt％,Mo 2.36-2.77wt％，Ni 4.08-4.79wt％，Cr 11.18-13.12wt％，N1.96-6.02wt％，Al 0.23-0.37wt％，Si 0.16-0.25wt％，S不大于0.05wt％，P不大于0.05wt％，余量为Fe。
优选的，步骤(2)中所述的熔覆层材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C11.50-12.00wt％,Mo 2.55-2.65wt％，Ni 4.35-4.55wt％，Cr 11.50-12.50wt％，N3.50-5.50wt％，Al 0.30-0.34wt％，Si 0.18-0.22wt％，S不大于0.03wt％，P不大于0.02wt％，余量为Fe。
步骤(3)中所述的激光熔覆工艺参数包括：激光功率为1200W-1400W，扫描速度为0.01m/s，送粉器读数5(刻度)，载粉气流量380-400L/h，光斑直径2mm；所述的激光熔覆采用多道搭接熔覆工艺，搭接率为40-50％，单道熔覆层高度不大于0.5mm。
步骤(4)中所述的超声滚压加工装置包括：超声波发生器、超声振动系统、机床、超声冲击枪和润滑冷却系统。
步骤(4)中所述的超声滚压工艺参数包括：主轴转速为300-600r/min，横向进给量为5mm/min，加工速度为50-100mm/min，工作静压力为200-600N，输出频率为20-25KHz，处理次数为8-12次，输出振幅为10-30μm。
本发明具有如下优点：
1、本发明通过激光熔覆技术在1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢大轴表面形成熔覆层，使熔覆层与基体形成良好的金属结合，强度和硬度提高，改善其耐磨性、耐腐蚀性，提高其磨损率，延长材料的使用寿命、提高部件的工作可靠性；
2、本发明以简单、便捷、有效的超声深滚工艺细化和均匀晶粒获得纳米结构层，实现沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化，进一步增强了材料表面的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性，扩宽沉淀硬化不锈钢大轴的应用范围。
附图说明
图1为本发明沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米结构形貌。可以看出，经超声滚压处理后，沉淀硬化不锈钢熔覆层表面形成了细小的纳米晶粒，晶粒尺寸为10～80nm。
图2为熔覆层经纳米重构处理处理后的显微硬度分布。从硬度分布可以看出，纳米重构表面硬度较基体提高180Hv左右，超声滚压硬化层的深度达到1.5mm。
图3为纳米重构熔覆层的磨损表面形貌：(a-b)原始表面；(c-d)纳米重构表面。可以看出，纳米重构后，其磨损表面形貌较未处理的得到显著的改善，氧化膜的形成与破裂程度较原始表面明显下降；磨损的机制没有改变，仍为氧化磨损、疲劳磨损和脆性开裂。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法，包括以下步骤：
(1)基体材料预处理：将基体材料1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢大轴在1065℃下真空淬火并保温50min后油浴，然后在-72℃下冰冷处理并保温110min后空冷；再在380℃下回火并保温110min空冷出炉，回火后的基体材料结构为马氏体和少量碳化物；其中，C0.13wt％，Mn 0.8wt％，Mo 2.6wt％，Ni 4.5wt％，Cr 14.8wt％，N 0.08wt％,Si不大于0.5wt％，S不大于0.01wt％，P不大于0.02wt％，余量为Fe。
(2)熔覆层材料选择：熔覆层选用与步骤(1)基体材料元素相近、含量不同的280目规则圆球状，由包含以下组分和重量百分比含量组成：C 11.80wt％,Mo2.60wt％，Ni4.40wt％，Cr 12.00wt％，N 4.50wt％,Al 0.32wt％，Si 0.20wt％，S不大于0.03wt％，P不大于0.02wt％，余量为Fe。
(3)沉淀硬化不锈钢熔覆层的制备：采用同步送粉激光系统方式将步骤(2)熔覆层粉末通过送粉器送入激光光束下方熔化，在步骤(1)1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢大轴表面凝固形成熔覆层，其中，激光熔覆工艺参数包括：激光功率为1200W，扫描速度为0.01m/s，送粉器读数5，载粉气流量400L/h，光斑直径2mm；所述的激光熔覆采用多道搭接熔覆工艺，搭接率为50％，单道熔覆层高度不大于0.5mm。
(4)沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化：安装包括有超声波发生器、超声振动系统、机床、超声冲击枪和润滑冷却系统的超声滚压加工装置，设定超声滚压工艺参数，将步骤(3)沉淀硬化不锈钢熔覆层涂抹润滑油，然后进行超声深滚纳米化处理，得到表面超声滚压纳米化的沉淀硬化不锈钢熔覆层；其中，超声滚压工艺参数包括：主轴转速为300r/min，横向进给量为5mm/min，加工速度为50mm/min，工作静压力为200N，输出频率为20KHz，处理次数为8次，输出振幅为10μm。
实施例2
一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化的制备方法，包括以下步骤：
(1)基体材料预处理：将基体材料1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢大轴在1060℃下真空淬火并保温50min后油浴，然后在-74℃下冰冷处理并保温115min后空冷；再在390℃下回火并保温115min空冷出炉，回火后的基体材料结构为马氏体和少量碳化物；其中，C0.14wt％，Mn 0.9wt％，Mo 2.7wt％，Ni 4.6wt％，Cr 15.0wt％，N 0.09wt％,Si不大于0.5wt％，S不大于0.01wt％，P不大于0.02wt％，余量为Fe。
(2)熔覆层材料选择：熔覆层选用与步骤(1)基体材料元素相近、含量不同的250目规则圆球状，由包含以下组分和重量百分比含量组成：C 12.00wt％,Mo2.65wt％，Ni44.55wt％，Cr 12.50wt％，N 5.50wt％,Al 0.34wt％，Si 0.22wt％，S不大于0.03wt％，P不大于0.02wt％，余量为Fe。
(3)沉淀硬化不锈钢熔覆层的制备：采用同步送粉激光系统方式将步骤(2)熔覆层粉末通过送粉器送入激光光束下方熔化，在步骤(1)1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢大轴表面凝固形成熔覆层，其中，激光熔覆工艺参数包括：激光功率为1350W，扫描速度为0.01m/s，送粉器读数5，载粉气流量385L/h，光斑直径2mm；所述的激光熔覆采用多道搭接熔覆工艺，搭接率为42％，单道熔覆层高度不大于0.5mm。
(4)沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化：安装包括有超声波发生器、超声振动系统、机床、超声冲击枪和润滑冷却系统的超声滚压加工装置，设定超声滚压工艺参数，将步骤(3)沉淀硬化不锈钢熔覆层涂抹润滑油，然后进行超声深滚纳米化处理，得到表面超声滚压纳米化的沉淀硬化不锈钢熔覆层；其中，超声滚压工艺参数包括：主轴转速为600r/min，横向进给量为5mm/min，加工速度为100mm/min，工作静压力为600N，输出频率为25KHz，处理次数为12次，输出振幅为30μm。
实施例3
一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化的制备方法，包括以下步骤：
(1)基体材料预处理：将基体材料1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢大轴在1050℃下真空淬火并保温40min后油浴，然后在-70℃下冰冷处理并保温100min后空冷；再在350℃下回火并保温100-120min空冷出炉，回火后的基体材料结构为马氏体和少量碳化物；其中，1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢由包含以下组分和重量百分比含量组成：C 0.11wt％，Mn0.5wt％，Mo 2.3wt％，Ni 4.0wt％，Cr 14.0wt％，N0.05wt％，Si不大于0.7wt％，S不大于0.02wt％，P不大于0.03wt％，余量为Fe。
(2)熔覆层材料选择：熔覆层选用与步骤(1)基体材料元素相近、含量不同的200目的规则圆球状，由包含以下组分和重量百分比含量组成：C 10.65wt％,Mo2.36wt％，Ni4.08wt％，Cr 11.18wt％，N 1.96wt％,Al 0.23wt％，Si 0.16wt％，S不大于0.05wt％，P不大于0.05wt％，余量为Fe。
(3)沉淀硬化不锈钢熔覆层的制备：采用同步送粉激光系统方式将步骤(2)熔覆层粉末通过送粉器送入激光光束下方熔化，在步骤(1)1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢大轴表面凝固形成熔覆层，其中，激光熔覆工艺参数包括：激光功率为1200W，扫描速度为0.01m/s，送粉器读数5，载粉气流量380L/h，光斑直径2mm；所述的激光熔覆采用多道搭接熔覆工艺，搭接率为40％，单道熔覆层高度不大于0.5mm。
(4)沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化：安装包括有超声波发生器、超声振动系统、机床、超声冲击枪和润滑冷却系统的超声滚压加工装置，设定超声滚压工艺参数，将步骤(3)沉淀硬化不锈钢熔覆层涂抹润滑油，然后进行超声深滚纳米化处理，得到表面超声滚压纳米化的沉淀硬化不锈钢熔覆层；其中，超声滚压工艺参数包括：主轴转速为400r/min，横向进给量为5mm/min，加工速度为80mm/min，工作静压力为400N，输出频率为22KHz，处理次数为10次，输出振幅为20μm。
实施例4
一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化的制备方法，包括以下步骤：
(1)基体材料预处理：将基体材料1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢大轴在1070℃下真空淬火并保温40-60min后油浴，然后在-75℃下冰冷处理并保温120min后空冷；再在400℃下回火并保温120min空冷出炉，回火后的基体材料结构为马氏体和少量碳化物；其中，1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢由包含以下组分和重量百分比含量组成：C 0.16wt％，Mn1.0wt％，Mo 2.5wt％，Ni 5.0wt％，Cr 15.5wt％，N 0.10wt％,Si不大于0.5wt％，S不大于0.01wt％，P不大于0.02wt％，余量为Fe。
(2)熔覆层材料选择：熔覆层选用与步骤(1)基体材料元素相近、含量不同的粉末，为300目的规则圆球状，由包含以下组分和重量百分比含量组成：C 12.50wt％,Mo2.77wt％，Ni 4.79wt％，Cr 13.12wt％，N 6.02wt％，Al 0.37wt％，Si 0.25wt％，S不大于0.05wt％，P不大于0.05wt％，余量为Fe。
(3)沉淀硬化不锈钢熔覆层的制备：采用同步送粉激光系统方式将步骤(2)熔覆层粉末通过送粉器送入激光光束下方熔化，在步骤(1)1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢大轴表面凝固形成熔覆层，其中，激光熔覆工艺参数包括：激光功率为1400W，扫描速度为0.01m/s，送粉器读数5，载粉气流量400L/h，光斑直径2mm；所述的激光熔覆采用多道搭接熔覆工艺，搭接率为50％，单道熔覆层高度不大于0.5mm。
(4)沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化：安装包括有超声波发生器、超声振动系统、机床、超声冲击枪和润滑冷却系统的超声滚压加工装置，设定超声滚压工艺参数，将步骤(3)沉淀硬化不锈钢熔覆层涂抹润滑油，然后进行超声深滚纳米化处理，得到表面超声滚压纳米化的沉淀硬化不锈钢熔覆层；其中，超声滚压工艺参数包括：主轴转速为500r/min，横向进给量为5mm/min，加工速度为90mm/min，工作静压力为500N，输出频率为25KHz，处理次数为9次，输出振幅为15μm。
实施例5
一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化的制备方法，包括以下步骤：
(1)基体材料预处理：将基体材料1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢大轴在1060℃下真空淬火并保温50min后油浴，然后在-72℃下冰冷处理并保温110min后空冷；再在380℃下回火并保温110min空冷出炉，回火后的基体材料结构为马氏体和少量碳化物；其中，C0.12wt％,Mn 0.7wt％，Mo 2.5wt％，Ni 4.4wt％，Cr 14.5wt％，N 0.07wt％,Si不大于0.5wt％，S不大于0.01wt％，P不大于0.02wt％，余量为Fe。
(2)熔覆层材料选择：熔覆层选用与步骤(1)基体材料元素相近、含量不同的220目规则圆球状，由包含以下组分和重量百分比含量组成：C 11.50wt％,Mo2.55wt％，Ni4.35wt％，Cr 11.50wt％，N 3.50wt％，Al 0.30wt％，Si 0.18wt％，S不大于0.03wt％，P不大于0.02wt％，余量为Fe。
(3)沉淀硬化不锈钢熔覆层的制备：采用同步送粉激光系统方式将步骤(2)熔覆层粉末通过送粉器送入激光光束下方熔化，在步骤(1)1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢大轴表面凝固形成熔覆层，其中，激光熔覆工艺参数包括：激光功率为1300W，扫描速度为0.01m/s，送粉器读数5，载粉气流量390L/h，光斑直径2mm；所述的激光熔覆采用多道搭接熔覆工艺，搭接率为45％，单道熔覆层高度不大于0.5mm。
(4)沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化：安装包括有超声波发生器、超声振动系统、机床、超声冲击枪和润滑冷却系统的超声滚压加工装置，设定超声滚压工艺参数，将步骤(3)沉淀硬化不锈钢熔覆层涂抹润滑油，然后进行超声深滚纳米化处理，得到表面超声滚压纳米化的沉淀硬化不锈钢熔覆层；其中，超声滚压工艺参数包括：主轴转速为500r/min，横向进给量为5mm/min，加工速度为100mm/min，工作静压力为300N，输出频率为20KHz，处理次数为12次，输出振幅为30μm。
采用透射电子显微镜、维氏显微硬度计和摩擦磨损试验机对实施例的表面结构、显微硬度及耐磨性能进行了评价，结果如图1-3所示。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)基体材料的预处理：先将沉淀硬化不锈钢基体材料进行真空淬火并保温一段时间后油浴，然后冰冷处理并保温一段时间后空冷；再对冰冷处理后的基体材料进行回火并保温一段时间空冷出炉，为后序激光熔覆做准备；
(2)熔覆层材料选择：熔覆层选用与步骤(1)所述基体材料元素相近、含量不同的粉末，所述熔覆层粉末为200-300目的圆球形粉末；
(3)沉淀硬化不锈钢熔覆层的制备：采用同步送粉激光系统方式将步骤(2)所述熔覆层粉末通过送粉器送入激光光束下方熔化，在步骤(1)所述基体材料表面凝固形成沉淀硬化不锈钢熔覆层；
(4)沉淀硬化不锈钢熔覆层表面的纳米化：安装超声滚压加工装置，设定超声滚压工艺参数，将步骤(3)所述沉淀硬化不锈钢表面熔覆层涂抹润滑油，然后进行超声深滚纳米化处理，得到表面超声滚压纳米化改性的熔覆层。
2.根据权利要求1所述的一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述的基体材料为1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢大轴。
3.根据权利要求1所述的一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述真空淬火温度为1050-1070℃，保温时间为40-60min，所述真空淬火后的基体材料结构为马氏体和大量残余奥氏体；所述冰冷处理温度为-(70-75)℃，保温时间为100-120min，所述冰冷处理后的基体材料结构为马氏体和少量残余奥氏体；所述回火温度为350-400℃，保温时间为100-120min，所述回火后的基体材料结构为马氏体和少量碳化物。
4.根据权利要求1所述的一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述的基体材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C 0.11-0.16wt％，Mn 0.5-1.0wt％，Mo 2.3-2.8wt％，Ni 4.0-5.0wt％，Cr 14.0-15.5wt％，N0.05-0.10wt％,Si不大于0.7wt％，S不大于0.02wt％，P不大于0.03wt％，余量为Fe。
5.根据权利要求4所述的一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述的基体材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C 0.12-0.14wt％，Mn 0.7-0.9wt％，Mo 2.5-2.7wt％，Ni 4.4-4.6wt％，Cr 14.5-15.0wt％，N0.07-0.09wt％,Si不大于0.5wt％，S不大于0.01wt％，P不大于0.02wt％，余量为Fe。
6.根据权利要求1所述的一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法，其特征在于，步骤(2)中所述的熔覆层材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C 10.65-12.50wt％,Mo 2.36-2.77wt％，Ni 4.08-4.79wt％，Cr 11.18-13.12wt％，N 1.96-6.02wt％，Al 0.23-0.37wt％，Si 0.16-0.25wt％，S不大于0.05wt％，P不大于0.05wt％，余量为Fe。
7.根据权利要求6所述的一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法，其特征在于，步骤(2)中所述的熔覆层材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C 11.50-12.00wt％,Mo 2.55-2.65wt％，Ni 4.35-4.55wt％，Cr 11.50-12.50wt％，N 3.50-5.50wt％，Al 0.30-0.34wt％，Si 0.18-0.22wt％，S不大于0.03wt％，P不大于0.02wt％，余量为Fe。
8.根据权利要求1所述的一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法，其特征在于，步骤(3)中所述的激光熔覆工艺参数包括：激光功率为1200-1400W，扫描速度为0.01m/s，送粉器读数5，载粉气流量380-400L/h，光斑直径2mm；所述的激光熔覆采用多道搭接熔覆工艺，搭接率为40-50％，单道熔覆层高度不大于0.5mm。
9.根据权利要求1所述的一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法，其特征在于，步骤(4)中所述的超声滚压加工装置包括：超声波发生器、超声振动系统、机床、超声冲击枪和润滑冷却系统。
10.根据权利要求1所述的一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法，其特征在于，步骤(4)中所述的超声滚压工艺参数包括：主轴转速为300-600r/min，横向进给量为5mm/min，加工速度为50-100mm/min，工作静压力为200-600N，输出频率为20-25KHz，处理次数为8-12次，输出振幅为10-30μm。
CN201611031564.7A 2016-11-22 2016-11-22 一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法 Pending CN106756990A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611031564.7A CN106756990A (zh) 2016-11-22 2016-11-22 一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611031564.7A CN106756990A (zh) 2016-11-22 2016-11-22 一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106756990A true CN106756990A (zh) 2017-05-31

Family

ID=58970649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611031564.7A Pending CN106756990A (zh) 2016-11-22 2016-11-22 一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106756990A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107400887A (zh) * 2017-08-11 2017-11-28 江苏大学 一种超声滚压强化激光熔覆层的方法
CN110257825A (zh) * 2019-07-18 2019-09-20 江西昌河航空工业有限公司 一种采用不锈钢粉末对30CrMnSiA基材增材修复方法
CN113174619A (zh) * 2021-04-28 2021-07-27 湖北亿纬动力有限公司 一种电池壳及其制备方法和用途
CN114147236A (zh) * 2021-11-30 2022-03-08 大连海事大学 一种超声滚压强化激光增材制造不锈钢耐腐蚀性能的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5635255A (en) * 1995-05-31 1997-06-03 Samsung Heavy Industries Co., Ltd. Method for producing corrosion and wear resistant member by coating substrate with an iron alloy material powder
CN101220405A (zh) * 2007-10-10 2008-07-16 天津大学 一种超声表面滚压加工纳米化方法及装置
CN105256249A (zh) * 2015-11-19 2016-01-20 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种针对飞机端轴颈零件表面的激光熔覆修复方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5635255A (en) * 1995-05-31 1997-06-03 Samsung Heavy Industries Co., Ltd. Method for producing corrosion and wear resistant member by coating substrate with an iron alloy material powder
CN101220405A (zh) * 2007-10-10 2008-07-16 天津大学 一种超声表面滚压加工纳米化方法及装置
CN105256249A (zh) * 2015-11-19 2016-01-20 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种针对飞机端轴颈零件表面的激光熔覆修复方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨军等: ""航天用1Cr15Ni4Mo3N不锈钢棒材研制总结"", 《重庆金属学会钢铁年会学术论文专辑》 *
秦仁耀等: ""飞机端轴颈的激光3D熔覆维修"", 《航空维修与工程》 *
韩彬等: ""镍基激光熔覆层纳米化、低温离子渗硫后的摩擦学性能"", 《材料保护》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107400887A (zh) * 2017-08-11 2017-11-28 江苏大学 一种超声滚压强化激光熔覆层的方法
CN110257825A (zh) * 2019-07-18 2019-09-20 江西昌河航空工业有限公司 一种采用不锈钢粉末对30CrMnSiA基材增材修复方法
CN113174619A (zh) * 2021-04-28 2021-07-27 湖北亿纬动力有限公司 一种电池壳及其制备方法和用途
CN114147236A (zh) * 2021-11-30 2022-03-08 大连海事大学 一种超声滚压强化激光增材制造不锈钢耐腐蚀性能的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106756990A (zh) 一种沉淀硬化不锈钢熔覆层表面纳米化重构处理方法
CN103695899B (zh) 一种用于修复耐磨防腐熔覆层的铁基激光熔覆粉末及其制备方法
CN102912240B (zh) 激光熔覆制备高硼抗磨合金方法
CN103290306B (zh) 一种金属耐磨防腐防锈管道
CN107058998A (zh) 激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的制备方法与应用
CN102634733B (zh) 一种辊面硬度均匀的含硼高速钢复合轧辊及其制造方法
CN104294268B (zh) 一种耐磨导辊制备方法
CN106544670A (zh) 超高强低碳合金钢表面激光熔覆层的制备方法与应用
CN104894492B (zh) 一种超低温大口径wphy80级三通管件专用钢板及其制备方法
CN112063823B (zh) 一种合金钢高铁车轴及其生产方法
Hu et al. Rolling contact fatigue behaviors of 25CrNi2MoV steel combined treated by discrete laser surface hardening and ultrasonic surface rolling
CN104233110A (zh) 一种含铌钛高速列车车轴用钢
CN104294173A (zh) 一种含铌高速列车车轴用钢
CN104372155A (zh) 一种含铌高速列车车轴的热处理工艺
Wei et al. Selection of heat treatment process and wear mechanism of high wear resistant cast hot-forging die steel
CN109482654B (zh) 用于Kocks轧机复合辊环及其制造方法
CN101314850B (zh) 宽带激光熔覆修复航空发动机制件报废模具的方法及应用
CN107746935A (zh) 一种高强度耐磨钢板及其生产工艺
CN109517967A (zh) 一种表面形变强化的非调质半轴制造方法
CN101376952B (zh) 高铬合金强化铸钢丸/砂的制备工艺
CN103290332B (zh) 一种具有内防腐涂层的金属耐磨管道
Varis et al. Effect of heat treatments on the wear resistance of HVAF and HVOF sprayed tool steel coatings
CN104152653B (zh) 18CrNiWA圆钢热处理工艺
CN113118463B (zh) 一种提高激光选区熔化成形模具钢性能的后处理方法
CN109628835A (zh) 一种可冷弯成型高性能防弹钢板及其制造工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170531