CN110900128A - 一种通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于蠕墨铸铁裂纹抑制领域，涉及一种通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，主要目的在于抑制激光熔覆中蠕墨铸铁基体及熔覆层出现的裂纹。首先将蠕墨铸铁表面的油污及缺陷去除，然后选用比基材力学性能更好的合金粉末，采用台车炉预热和激光熔覆工艺调整抑制裂纹产生，并通过焊后热处理去除熔覆后零件中的残余应力，最后通过精密机加的方法使蠕墨铸铁恢复至设计尺寸。本发明对熔覆裂纹进行有效抑制，并通过台车解决预热零件过大无法搬运问题。

Description

一种通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法
技术领域
本发明属于蠕墨铸铁裂纹抑制领域，涉及一种通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法。
背景技术
蠕墨铸铁是一种新型铸铁材料，由于石墨形态特异性，其组织与性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间，具有优良的导热性、减震性、抗热疲劳性和切削加工性，熔炼简单，成本低廉。而对于蠕墨铸铁表面单一的激光淬火、激光熔凝、激光熔覆等表面强化工艺极易产生裂纹、气孔等缺陷。
发明内容
为了有效抑制熔覆裂纹的产生，本发明的目的在于提供一种通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，该方法针对蠕墨铸铁激光熔覆表面强化工艺极易产生裂纹的问题，通过工艺抑制裂纹产生。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，包括如下步骤：
(1)将蠕墨铸铁基材表面的缺陷和油污去除；
(2)采用台车炉对蠕墨铸铁基材进行预热及搬运；
(3)选用比基材力学性能更好的合金粉末，对蠕墨铸铁基材表面的缺陷进行激光熔覆，并通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的产生；
(4)堆焊层去除应力；
(5)精加工。
所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，步骤(1)中，将蠕墨铸铁基材装夹在铣床上，采用清洗剂清洗油污后，将蠕墨铸铁基材表面缺陷铣加工掉，露出新鲜的金属。
所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，步骤(2)中，将加工面朝上放在台车上，将台车推进台车炉进行预热，预热温度为500～600℃，保温时间为1～3小时。
所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，步骤(3)中，通过调整工艺窗口对熔覆裂纹进行抑制，所使用的工艺参数为：激光功率为1200～1400W，采用氩气保护，保护气氩气流量为15～25L/min，激光扫描速度为5～10mm/s，送粉速度为6.2～12.5g/min，道与道之间的搭接率为45～55％。
所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，步骤(4)中，采用去应力退火进行应力去除，完成熔覆后立即放回台车炉去除应力，在450～550℃保温1.5～2.5小时后随炉冷却。
所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，步骤(5)中，采用铣床对焊接部位进行最后精加工，以蠕墨铸铁基材设计尺寸及精度要求。
所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，按重量百分比计，蠕墨铸铁基材的化学成分范围如下：C2.5～2.6，Si3.5～4.2，Mn0.4～0.6，Cr1.5～1.8，Ni0.3～0.4，Fe余。
所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，按重量百分比计，合金粉末化学成分范围如下：C1.3～1.5，Cr29～31，Si1.5～1.8，Mo1.6～2.3，Fe2.7～3.7，W4.1～5.2，Ni，3.2～3.7，Co余。
本发明的设计思想是：
本发明针对蠕墨铸铁熔覆裂纹，提出一种通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法。首先将蠕墨铸铁表面的油污及缺陷去除，然后选用比基材力学性能更好的合金粉末，采用台车炉预热和激光熔覆工艺调整抑制裂纹产生，并通过焊后热处理去除熔覆后零件中的残余应力，最后通过精密机加的方法使蠕墨铸铁恢复至设计尺寸。本发明采用预热和调整激光熔覆工艺，以抑制激光熔覆中蠕墨铸铁基体及熔覆层出现的裂纹。车台炉预热一方面降低了温度梯度，使裂纹倾向降低，另一方面解决了工件预热后难以移动搬运的难题。而焊后500℃退火消除了焊接内应力，避免内应力过大，以降低熔覆层的裂纹敏感性。本发明对熔覆裂纹进行有效抑制，并通过台车解决预热零件过大无法搬运问题。
本发明所达到的有益效果是：
1、本发明通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，其关键点为通过工艺调整抑制蠕墨铸铁焊接裂纹，采用了焊前预热降低裂纹倾向，焊后退火热处理消除焊接内应力，降低裂纹敏感性的工艺，从而达到抑制裂纹产生的目的。
2、本发明提供的抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，其工艺易于操作，可以用于人力无法搬运的蠕墨铸铁工件，方便快捷。
3、采用本发明工艺热影响区小，稀释率低，焊层达到2mm～3mm，且未出现裂纹。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明首先将蠕墨铸铁工件表面进行清理，然后选用与基材碳含量相接近合金粉末，采用预热后调控激光熔覆工艺，抑制熔覆裂纹的产生，并通过焊后退火热处理去除熔覆层的残余应力，最后通过精密机加的方法使蠕墨铸铁工件恢复至设计尺寸。
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例中，按重量百分比计，发动机气门的化学成分如下：C 2.5，Si 4.0，Mn0.5，Cr 1.6，Ni 0.35，Fe余，其修复方法包括如下步骤：
(1)将蠕墨铸铁表面的缺陷和油污去除；
(2)采用台车炉对蠕墨铸铁进行预热及搬运；
(3)选用比基材力学性能更好的合金粉末，对蠕墨铸铁基材表面的缺陷进行激光熔覆，并通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的产生；
(4)堆焊层去除应力；
(5)精加工。
步骤(1)中，将蠕墨铸铁装夹在铣床上，采用清洗剂清洗油污后，将蠕墨铸铁表面缺陷铣加工掉，露出新鲜的金属。
步骤(2)中，将加工面朝上放在台车上，将台车推进台车炉进行预热。预热工艺参数为：550℃，保温2小时；
步骤(3)中，通过调整工艺窗口对熔覆裂纹进行抑制。所使用的工艺参数为：激光功率为1250W，采用氩气保护，保护气氩气流量为20L/min，激光扫描速度为5mm/s，送粉速度为7.5g/min，道与道之间的搭接率为50％。
步骤(4)中，采用去应力退火进行应力去除，完成熔覆后立即放回台车炉去除应力，在500℃保温2小时后随炉冷却。
步骤(5)中，采用铣床对焊接部位进行最后精加工，以蠕墨铸铁设计尺寸及精度要求。按重量百分比计，合金粉末化学成分范围如下：C 1.5，Cr 29，Si 1.5，Mo 2.0，Fe 2.9，W5.1，Ni 3.6，Co余。
实施例2
本实施例中，按重量百分比计，发动机气门的化学成分如下：C 2.6，Si 3.5，Mn0.6，Cr 1.5，Ni 0.4，Fe余，其修复方法包括如下步骤：
(1)将蠕墨铸铁表面的缺陷和油污去除；
(2)采用台车炉对蠕墨铸铁进行预热及搬运；
(3)选用比基材力学性能更好的合金粉末，对蠕墨铸铁基材表面的缺陷进行激光熔覆，并通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的产生；
(4)堆焊层去除应力；
(5)精加工。
步骤(1)中，将蠕墨铸铁装夹在铣床上，采用清洗剂清洗油污后，将蠕墨铸铁表面缺陷铣加工掉，露出新鲜的金属。
步骤(2)中，将加工面朝上放在台车上，将台车推进台车炉进行预热。预热工艺参数为：500℃，保温3小时；
步骤(3)中，通过调整工艺窗口对熔覆裂纹进行抑制。所使用的工艺参数为：激光功率为1300W，采用氩气保护，保护气氩气流量为15L/min，激光扫描速度为6mm/s，送粉速度为8.5g/min，道与道之间的搭接率为45％。
步骤(4)中，采用去应力退火进行应力去除，完成熔覆后立即放回台车炉去除应力，在450℃保温2.5小时后随炉冷却。
步骤(5)中，采用铣床对焊接部位进行最后精加工，以蠕墨铸铁设计尺寸及精度要求。按重量百分比计，合金粉末化学成分范围如下：C 1.4，Cr 31，Si 1.7，Mo 1.8，Fe 3.5，W4.2，Ni 3.3，Co余。
实施例3
本实施例中，按重量百分比计，发动机气门的化学成分如下：C 2.53，Si 3.8，Mn0.4，Cr 1.7，Ni 0.3，Fe余，其修复方法包括如下步骤：
(1)将蠕墨铸铁表面的缺陷和油污去除；
(2)采用台车炉对蠕墨铸铁进行预热及搬运；
(3)选用比基材力学性能更好的合金粉末，对蠕墨铸铁基材表面的缺陷进行激光熔覆，并通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的产生；
(4)堆焊层去除应力；
(5)精加工。
步骤(1)中，将蠕墨铸铁装夹在铣床上，采用清洗剂清洗油污后，将蠕墨铸铁表面缺陷铣加工掉，露出新鲜的金属。
步骤(2)中，将加工面朝上放在台车上，将台车推进台车炉进行预热。预热工艺参数为：600℃，保温1小时；
步骤(3)中，通过调整工艺窗口对熔覆裂纹进行抑制。所使用的工艺参数为：激光功率为1200W，采用氩气保护，保护气氩气流量为25L/min，激光扫描速度为8mm/s，送粉速度为10g/min，道与道之间的搭接率为55％。
步骤(4)中，采用去应力退火进行应力去除，完成熔覆后立即放回台车炉去除应力，在550℃保温1.5小时后随炉冷却。
步骤(5)中，采用铣床对焊接部位进行最后精加工，以蠕墨铸铁设计尺寸及精度要求。按重量百分比计，合金粉末化学成分范围如下：C 1.3，Cr 30，Si 1.6，Mo 2.2，Fe 2.8，W4.7，Ni 3.5，Co余。
上述所有实施例中，均采用车台炉预热，并严格控制工艺窗口，以达到对熔覆裂纹的抑制，并附加焊后去应力退火，以避免内应力过大而产生焊后裂纹。车台炉的使用，明显解决了人力无法搬运的问题。
最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将蠕墨铸铁基材表面的缺陷和油污去除；
(2)采用台车炉对蠕墨铸铁基材进行预热及搬运；
(3)选用比基材力学性能更好的合金粉末，对蠕墨铸铁基材表面的缺陷进行激光熔覆，并通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的产生；
(4)堆焊层去除应力；
(5)精加工。
2.根据权利要求1所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，其特征在于，步骤(1)中，将蠕墨铸铁基材装夹在铣床上，采用清洗剂清洗油污后，将蠕墨铸铁基材表面缺陷铣加工掉，露出新鲜的金属。
3.根据权利要求1所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，其特征在于，步骤(2)中，将加工面朝上放在台车上，将台车推进台车炉进行预热，预热温度为500～600℃，保温时间为1～3小时。
4.根据权利要求1所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，其特征在于，步骤(3)中，通过调整工艺窗口对熔覆裂纹进行抑制，所使用的工艺参数为：激光功率为1200～1400W，采用氩气保护，保护气氩气流量为15～25L/min，激光扫描速度为5～10mm/s，送粉速度为6.2～12.5g/min，道与道之间的搭接率为45～55％。
5.根据权利要求1所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，其特征在于，步骤(4)中，采用去应力退火进行应力去除，完成熔覆后立即放回台车炉去除应力，在450～550℃保温1.5～2.5小时后随炉冷却。
6.根据权利要求1所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，其特征在于，步骤(5)中，采用铣床对焊接部位进行最后精加工，以蠕墨铸铁基材设计尺寸及精度要求。
7.根据权利要求1所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，其特征在于，按重量百分比计，蠕墨铸铁基材的化学成分范围如下：C2.5～2.6，Si3.5～4.2，Mn0.4～0.6，Cr1.5～1.8，Ni0.3～0.4，Fe余。
8.根据权利要求7所述的通过工艺窗口抑制蠕墨铸铁熔覆裂纹的方法，其特征在于，按重量百分比计，合金粉末化学成分范围如下：C1.3～1.5，Cr29～31，Si1.5～1.8，Mo1.6～2.3，Fe2.7～3.7，W4.1～5.2，Ni，3.2～3.7，Co余。
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