CN109628923A - 一种球墨铸铁件激光熔覆再制造用铁基合金粉末 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于球墨铸铁件激光熔覆再制造专用铁基合金粉末，所述合金粉末以重量百分比计由如下组分构成：0.8～1.2％C、2.0～2.5％Si、0.7～0.9％B、0.3～0.5％Mn、0.8～1.2％Mo、10～12％Cr、30～35％Cu，余量为Fe。本发明通过合理设计粉末成分，使得粉末材料具有和球墨铸铁相近的热膨胀系数，获得的熔覆层具在硬度、抗拉强度以及耐磨性等性能上与基体形成良好匹配，界面区域没有明显白口组织，熔覆层与基体之间色差较小，成本较低。应用上述合金粉末对球墨铸铁进行快速激光熔覆再制造，再制造效果优良。

Description

一种球墨铸铁件激光熔覆再制造用铁基合金粉末
技术领域
本发明涉及一种铁基合金粉末；更特别地，本发明涉及一种专门用于球墨铸铁件激光熔覆再制造的铁基合金粉末。
背景技术
球墨铸铁是铸铁种类中应用最为广泛也是综合性能最为优异的种类之一，常常在很多重要场合取代钢铁材料。但由于球墨铸铁中碳含量较高，且球墨铸铁对再制造之后的性能要求较高，同时再制造之后应尽量降低修复层与基体之间的色差。因此球墨铸铁的再制造问题一直是工程领域的技术难题。
传统的球墨铸铁再制造方法主要包括电弧焊接、CO2气体保护焊接以及氧乙炔焊接等。但传统的焊接修复方法热输入量大，通常需要预热，能耗高，工作环境恶劣。
激光再制造技术由于能量密度集中，稀释率低，绿色环保且操作简便容易实现自动化，用于球墨铸铁的再制造修复过程具有很大的优势。
目前用于球墨铸铁件激光熔覆再制造的合金粉末主要为镍基合金粉末，以镍铜合金粉末为主。但是，镍铜合金粉末在进行深度体积再制造时容易产生裂纹，且再制造之后与基体之间存在较为明显的色差，成本也相对较高。而市场上应用于球墨铸铁的铁基合金粉末则相对缺乏。由于铁基合金粉末更适用于高温、重载以及易磨损环境，且成本较低，来源广泛，相对于球墨铸铁基体的色差更小，因此有必要开发及推广铁基合金粉末用于球墨铸铁件的激光熔覆再制造。
发明内容
为克服现有技术中存在的如上所述的问题，本发明提出一种新的用于球墨铸铁件激光熔覆再制造的铁基合金粉末，使得再制造成形之后的修复层具有不低于基体的硬度、抗拉强度和耐磨性能。同镍铜合金粉末相比，与基体之间的色差明显减少，且成本相对降低。
在第一方面中，本发明涉及一种铁基合金粉末，由如下质量百分比的组分组成：C：0.8～1.2％、Si：2.0～2.5％、B：0.7～0.9％、Mn：0.3～0.5％、Mo：0.8～1.2％、Cr：10～12％、Ni：30～35％，余量为Fe。
本发明铁基合金粉末中，如果Cr含量低于10％，成形层抗拉强度将开始下降，低于基体；如果Cr含量高于12％，成形层硬度将明显提高，导致脆性增加，容易开裂。如果Ni含量低于30％，那么界面白口化明显严重。
通过在铁基合金粉末中加入一定量的镍元素，抑制界面区域碳元素向熔覆层中的扩散，从而抑制界面白口产生的倾向。在合金粉末中加入一定量的铬元素，提高熔覆层的硬度、强度和耐磨性能。同时，保证合金粉末中的Si和B元素的含量，使得粉末熔覆过程中具有良好的流动性。
在优选的实施方式中，所述铁基合金粉末由如下质量百分比的组分组成：C：1％、Si：2.3％、B：0.8％、Mn：0.4％、Mo：0.9％、Cr：10％、Ni：35％，余量为Fe。
在优选的实施方式中，所述铁基合金粉末由如下质量百分比的组分组成：C：0.8％、Si：2.4％、B：0.7％、Mn：0.3％、Mo：0.8％、Cr：11％、Ni：34％，余量为Fe。
在优选的实施方式中，所述铁基合金粉末的粉末粒度为30-150μm。
在优选的实施方式中，所述铁基合金粉末为球形。
在优选的实施方式中，所述铁合金粉末用于球墨铸铁件激光熔覆再制造。
在第二方面中，本发明涉及球墨铸铁件激光熔覆再制造用铁基合金粉末熔覆方法，其中，激光功率：900-1500W，光斑直径：3-4mm，扫描速度：100-150mm/min，送粉速度：6.5-9.5g/min。
本发明的铁基合金粉末在再制造成形之后，与基体之间的主要性能对比如下：
(1)硬度：成形层硬度在260-300HV，基体硬度值在180-230HV之间，略高于基体，并且和基体之间差异不大，有着较好的硬度匹配；
(2)抗拉强度：抗拉强度超过500MPa，基体抗拉强度为500MPa，高于基体；
(3)耐磨性：平均摩擦系数为0.6-0.7，基体0.7-0.8，耐磨性优于基体；
(4)抗冲击性能：高于基体。
本发明的铁基合金粉末在再制造成形之后，组织特征如下：
(1)界面没有出现连续状白口化；
(2)多层多道成形之后，界面最大硬度值不超过500HV。
具体实施方式
下文将结合实施例来对本发明的原理和特征进行描述，所描述的实施例仅用于解释本发明，并不意图对本发明的范围构成任何限定，本发明所要求保护的范围仅通过所附的权利要求来限定。
实施例1：
本实施例选用的母材为船舶用大型球墨铸铁发动机缸体切割下的部分位置，材质为QT500-7。发动机缸体多个配合面由于磨损及砂眼原因出现凹坑。凹坑尺寸经过测量为：直径小于20mm，深度小于3mm。将凹坑部位用角磨机打磨至露出新鲜基体，再将凹坑内壁简单打磨相对光滑平整，熔覆前用丙酮清洗并吹干。
用于该发动机缸体激光熔覆再制造的铁基合金粉末由以下质量百分比的组分组成：C：1％、Si：2.3％、B：0.8％、Mn：0.4％、Mo：0.9％、Cr：10％、Ni：35％，余量为Fe。粉末在熔覆前在120℃保温箱中烘干40分钟。
在实际熔覆过程中采用1200W的YAG固体激光器，熔覆参数为：激光功率1200W，扫描速度120mm/min，送粉量7.8g/min。
获得的修复层经过着色探伤，没有缺陷产生。
实施例2：
本实施例选用的母材为球墨铸铁QT500-7缸体材料。缸体部分表面由于腐蚀出现腐蚀坑。腐蚀区域经过检测为：直径小于15mm，深度小于4mm。将腐蚀坑部位用角磨机打磨至完全露出完好基体，再将凹坑内壁简单加工相对光滑平整，熔覆前用丙酮清洗熔覆部位，并用吹风机吹干。
用于该缸体激光熔覆再制造的铁基合金粉末由以下质量百分比的组分组成：C：0.8％、Si：2.4％、B：0.7％、Mn：0.3％、Mo：0.8％、Cr：11％、Ni：34％，余量为Fe。粉末在熔覆前在100℃保温箱中烘干60分钟。
在实际熔覆过程中采用1200W的YAG固体激光器，熔覆参数为：激光功率1100W，扫描速度110mm/min，送粉量6.8g/min。
获得的修复层经过渗透探伤，没有发现裂纹缺陷。
虽然本发明已经以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (8)

1.一种铁基合金粉末，其特征在于：由如下质量百分比的组分组成：C：0.8～1.2％、Si：2.0～2.5％、B：0.7～0.9％、Mn：0.3～0.5％、Mo：0.8～1.2％、Cr：10～12％、Ni：30～35％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的铁基合金粉末，其特征在于：所述铁基合金粉末由如下质量百分比的组分组成：C：1％、Si：2.3％、B：0.8％、Mn：0.4％、Mo：0.9％、Cr：10％、Ni：35％，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的铁基合金粉末，其特征在于：所述铁基合金粉末由如下质量百分比的组分组成：C：0.8％、Si：2.4％、B：0.7％、Mn：0.3％、Mo：0.8％、Cr：11％、Ni：34％，余量为Fe。
4.根据权利要求1至3任一项所述的铁基合金粉末，其特征在于：所述铁基合金粉末的粉末粒度为30-150μm。
5.根据权利要求1至4任一项所述的铁基合金粉末，其特征在于：所述铁基合金粉末为球形。
6.根据权利要求1至5任一项所述的铁基合金粉末，其特征在于：所述铁基合金粉末用于球墨铸铁件激光熔覆再制造。
7.一种球墨铸铁件激光熔覆再制造用铁基合金粉末熔覆方法，其特征在于：采用如权利要求1至5任一项所述的铁基合金粉末。
8.根据权利要求7所述的熔覆方法，其特征在于：所述熔覆方法中，激光功率：900-1500W，光斑直径：3-4mm，扫描速度：100-150mm/min，送粉速度：6.5-9.5g/min。
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