CN111304649A

CN111304649A - 一种qt800球墨铸铁轴瓦耐磨层的制备方法

Info

Publication number: CN111304649A
Application number: CN202010309822.3A
Authority: CN
Inventors: 侯帅; 黎作瑜; 阳义
Original assignee: Chengdu Qingshi Laser Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Qingshi Laser Technology Co ltd
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2040-04-20
Also published as: CN111304649B

Abstract

本发明公开了一种QT800球墨铸铁轴瓦耐磨层的制备方法，涉及金属表面处理工艺领域。首先对铸铁轴瓦的表面及周边进行打磨和预清洗；采用激光熔覆设备对铸铁轴瓦的熔覆面进行熔覆处理，在熔覆面上依次制作过渡层和耐磨层，得到具有过渡层和耐磨层的铸铁轴瓦；通过机械加工对具有耐磨层的铸铁轴瓦进行修型处理，使零件符合标准，得到成型铸铁轴瓦。本发明提供了一种增强耐磨性、延长使用寿命的表面强化或修复其尺寸和功能的工艺，主要针对已磨损的铸铁轴瓦进行激光修复、制备耐磨层，并且创新性的使用了一层厚度可控的过渡层，来保证耐磨层的成型效果，以及提高了耐磨层与铸铁轴瓦表面的结合强度。

Description

一种QT800球墨铸铁轴瓦耐磨层的制备方法

技术领域

本发明涉及金属表面处理工艺领域，特别涉及一种QT800球墨铸铁轴瓦耐磨层的制备方法。

背景技术

轴瓦是滑动轴承和轴颈接触的部分，形状为瓦状的半圆柱面，非常光滑。滑动轴承工作时，常会由于轴瓦与转轴之间的直接摩擦，导致轴瓦因负荷过大、温度过高，或是由于润滑油存在杂质等其它异常因素而发生损坏。

为了满足轴瓦对工作环境的要求，一般采用耐磨性好的原料，并且轴瓦表面一般均会设置一层耐磨层；如：铸铁具有良好的耐磨性、高消振性、低缺口敏感性以及优良的切削加工性能，但同时也因为较高的含碳量导致塑性差、焊接性能差，但因为铸造工艺的原因，铸件表面或多或少会分布着孔洞缺陷；锡基巴氏合金因其良好减磨效果，广泛用于轴瓦耐磨层制作，传统的巴氏合金耐磨层的制备方法存在各自的优劣：静态浇铸的轴瓦生产方式的优点是操作方便，适用范围广；缺点是易产生成分偏析和裂纹、缩孔等常见铸造缺陷。离心浇铸的轴瓦生产方式的优点是铸造过程金属液利用率极高、无需砂芯，可获得致密的组织、具有其他铸造技术不可代替的优点；缺点是操作复杂，技术难度大，过程中易产生缺陷。堆焊的轴瓦生产方式的优点是堆焊层与母材呈冶金结合，因此堆焊层不易剥落，零件服役寿命长。可以根据要求，合理选择堆焊材料、焊接方法及工艺参数；缺点是稀释率较大，变形量较大。成份偏析。电弧喷涂的轴瓦生产方式的优点是和铸态组织相比，与基体的结合强度更高，涂层组织更致密、均匀；缺点是涂层厚度一般小于3mm，无法制造较厚的涂层。氧-乙炔焊的轴瓦生产方式的优点是设备简单，适用范围广；缺点是生产效率较低，难以实现自动化，焊接后工件变形率较大，成份偏析。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种QT800球墨铸铁轴瓦耐磨层的制备方法，解决了传统工艺中易产生的缺陷，以及锡基巴氏合金与铸铁轴瓦的瓦面的结合力差的问题。本发明提供了一种增强耐磨性、延长使用寿命的表面强化的工艺，主要针对QT800球墨铸铁轴瓦制备巴氏合金耐磨层，并创新的使用了一层厚度可控的镍基过渡层，来保证巴氏合金层的成型效果，提高耐磨层与铸铁轴瓦表面的结合强度。

本发明采用的技术方案如下：

一种QT800球墨铸铁轴瓦耐磨层的制备方法，包括如下步骤：

S1：对铸铁轴瓦的表面及周边进行打磨，以去除表面氧化层；

S2：采用清洗剂对铸铁轴瓦的熔覆面及周边进行清洗至无污渍；

S3：将打磨和预清洗过的铸铁轴瓦采用专用夹具进行装夹，固定在设备坐标系中；

S4：采用4KW半导体光纤激光器对铸铁轴瓦的熔覆面进行熔覆处理，在熔覆面上形成过渡层，得到具有过渡层的铸铁轴瓦；

S5：待经过S4步骤得到的具有过渡层的铸铁轴瓦熔覆成型后静置冷却至室温时，在此过渡层外层，再采用激光熔覆设备行熔覆处理制作耐磨层，得到具有耐磨层的铸铁轴瓦；

S6：通过机械加工对具有耐磨层的铸铁轴瓦进行修型处理，使零件符合标准，得到成型铸铁轴瓦。

本发明所采用的激光熔覆技术是一种材料表面改性技术，通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝，在基层表面形成熔覆层。激光熔覆技术能够显著改善金属基材表面的强度、硬度、耐磨、抗高温氧化、耐腐蚀等性能；与堆焊、喷涂、电镀等其他表面处理技术相比，激光熔覆技术具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，还省略了酸洗、碱洗、挂锡等步骤，减少了污染，加快了生产效率，提高了耐磨层的质量；激光熔覆技术所采用的熔覆材料主要包括镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料，陶瓷等材料。

进一步地，所述步骤S4中所采用的制作过渡层的材料为镍基合金粉末，按质量百分比计，所述镍基合金粉末包括19％-23％的Cr，8％-11％的Mo，4.5％-5％的Fe，0.35％-0.6％的Al，0.4％-0.6％的Ti，3％-4％的Nb，0.3％-0.4％的Si，0.7％-1％的Co，0.3％-0.5％Mn，余量Ni。

进一步地，所述步骤S5中所采用的制作耐磨层的材料为SnSb8Cu4锡基巴氏合金粉末，按质量百分比计，所述SnSb8Cu4锡基巴氏合金粉末包括7％～8％的Sb，3％～4％的Cu，不超过0.35％的Pb，不超过0.1的As，不超过0.06的Fe，剩余部分为Sn。

本发明之所以直接需要过渡层，是因为直接在球铁瓦面上熔覆巴氏合金成型效果非常差，会有较大的气孔、未熔合等缺陷，而且球铁与巴氏合金的热力学温度相差较大，难以提高熔池熔深度，结合力不强；而如果用增加单位时间热输入的方式来增加熔深，铸铁本身更易产生裂纹，巴氏合金会产生过烧、氧化及表面成型较差。

过渡层粉末选用镍基合金的原因是：1、镍基合金和球铁热力学温度较为接近，可形成牢固的冶金结合，可以填补球铁瓦面表面的缺陷；2、可通过工艺参数保证镍基合金层无缺陷，从而可以增加单位时间的热输入的方式来使高巴氏合金层与镍基过渡层形成冶金结合，同时过渡层粗糙的表面也可以增加与巴氏合金层的结合强度；3、镍基合金耐高温、耐腐蚀能力较强，对轴瓦的工作环境适应性广泛。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明一种QT800球墨铸铁轴瓦耐磨层的制备方法，提供了一种增强耐磨性、延长使用寿命的表面强化的工艺方法，主要针对铸铁轴瓦进行激光熔覆制备耐磨层，充分利用激光熔覆的急冷效果，熔池中成份来不及发生偏析就已凝固，另外解决了传统工艺缺陷多、环境污染、质量不稳定、等问题；并且创新地使用了一层厚度可控的镍基过渡层，来保证耐磨层的成型效果，以及大幅度提高耐磨层与铸铁轴瓦表面的结合强度。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是铸铁轴瓦巴氏合金耐磨层金相图；

图2是铸铁轴瓦过渡层与耐磨层金相图；

图3是铸铁轴瓦无过渡层直接激光熔覆巴氏合金的效果图；

图4是采用激光熔覆技术制作完成的具有过渡层的铸铁轴瓦；

图5是在已完成的过渡层上熔覆巴氏合金的过程中示意图；

图6是采用激光熔覆技术制作完成的耐磨层表面；

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合图1至图6对本发明作详细说明。

实施例1

一种QT800球墨铸铁轴瓦耐磨层的制备方法，包括如下步骤：

S1：对铸铁轴瓦的表面及周边进行打磨，以去除表面氧化层。磨损后的铸铁轴瓦上具有大片的磨损痕迹及划痕等缺陷，对有缺陷的铸铁轴瓦采用手工打磨或机械打磨的方式去除氧化层和其他杂质。

S2：采用清洗剂对铸铁轴瓦的熔覆面及周边进行清洗至无污渍，去除残留的氧化层和油污，以防在接下来的激光熔覆过程中由于油污等杂质气化形成气孔，从而提高铸铁轴瓦后续修复的修复质量。

S3：将打磨和预清洗过的铸铁轴瓦采用专用夹具进行装夹，固定在设备坐标系中。

S4：采用4KW半导体光纤激光器对铸铁轴瓦的熔覆面进行熔覆处理，在熔覆面上形成过渡层，得到如图4所示的具有过渡层的铸铁轴瓦。此步骤中，需确定好具体的熔覆方式、顺序和合理路径，尽量通过最小的路径完成最多的激光熔覆处理，且保证铸铁轴瓦的各个部位均能得到妥善处理，以确保熔覆效率和熔覆质量。并且在激光熔覆的过程中，工艺参数的选定根据熔覆面的形状、熔覆量的多少来具体确定。

S5：待经过S4步骤得到的具有过渡层的铸铁轴瓦熔覆成型后静置冷却至室温时，在此过渡层外层，再采用激光熔覆设备行熔覆处理制作耐磨层，得到如图6所示的具有耐磨层的铸铁轴瓦。采用激光熔覆技术制作耐磨层的方式与制作过渡层的方式相同。

S6：通过机械加工对具有耐磨层的铸铁轴瓦进行修型处理，使零件符合标准，得到成型铸铁轴瓦。修型方式：车削+磨+抛光，以确保巴氏合金耐磨层的尺寸及表面质量。

S7：对成型铸铁轴瓦进行质量检测。质量检测包括检测成型铸铁轴瓦表面是否具有裂缝、气孔等缺陷，以及检测步骤S6中的修型后的零件尺寸是否达标。在此步骤时，可以对每个铸铁轴瓦均进行质量检测，也可以采用抽样的方式来进行质量检测，特别是在大批量生产时。

本发明提供了一种增强耐磨性、延长使用寿命的表面强化的工艺，主要针对铸铁轴瓦进行激光熔覆制备耐磨层，并且创新性的使用了一层厚度可控的镍基过渡层，来保证耐磨层的成型效果，以及提高了耐磨层与铸铁轴瓦表面的结合强度。与传统的表面处理工艺，如堆焊、喷涂、电镀等相比，激光熔覆技术具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，还省略了酸洗、碱洗、挂锡等步骤，减少了污染，加快了生产效率，提高了耐磨层的质量。

实施例2

本实施例是实施例1的补充说明。

本发明中制作过渡层的材料为镍基合金粉末，按质量百分比计，所述镍基合金粉末包括19％-23％的Cr，8％-11％的Mo，4.5％-5％的Fe，0.35％-0.6％的Al，0.4％-0.6％的Ti，3％-4％的Nb，0.3％-0.4％的Si，0.7％-1％的Co，0.3％-0.5％Mn，余量Ni。

如图1所示，铸铁轴瓦与过渡层、耐磨层之间分界明显，不存在过渡层融化导致锡基巴氏合金耐磨层与铸铁轴瓦直接结合的情况，并且相邻两种材料形成了有效地冶金结合。图5提供了在已完成的过渡层上熔覆巴氏合金的过程中示意图，可以看到熔覆过程进行了一半。

对于直接在球铁上进行熔覆和在过渡层上进行熔覆巴氏合金的试样采用万能试验机进行检测，抗拉强度如表1所示

表1：试样抗拉强度比较

熔覆方式	抗拉强度(MPa)
		铸铁上熔覆	10～35
过渡层上熔覆	75～85

实施例3

本实施例是实施例1的补充说明。

本发明中制作耐磨层的材料为SnSb8Cu4锡基巴氏合金粉末，按质量百分比计，所述SnSb8Cu4锡基巴氏合金粉末包括7％～8％的Sb，3％～4％的Cu，不超过0.35％的Pb，不超过0.1的As，不超过0.06的Fe，剩余部分为Sn。

如图2所示，锡基巴氏合金耐磨层中组织致密，熔覆层中黑色组织为α固溶体，白色组织为Sn、Sb、Cu之间形成的化合物，如SnSb、Cu6Sn5等。从图2中能看出黑色组织与白色组织之间均匀分布，说明熔覆层组织的均匀性好。

实施例4

本实施例是关于激光熔覆的主要参数做出实施说明。

在本发明中，主要的熔覆参数有激光功率、激光头的扫描速度、激光的离焦量、送粉量、保护气流量、送粉气流量、搭接量等。激光器选用4KW半导体光纤激光器，光斑尺寸为3×8mm可以提高单位时间的熔覆面积，配上较快的速度，大大提高了熔覆效率。激光熔覆时具体参数如表2所示：

表2：铸铁轴瓦激光熔覆工艺参数

综上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种QT800球墨铸铁轴瓦耐磨层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S4：采用光纤激光器对铸铁轴瓦的熔覆面进行熔覆处理，在熔覆面上形成过渡层，得到具有过渡层的铸铁轴瓦；

2.根据权利要求1所述的一种QT800球墨铸铁轴瓦耐磨层的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中所采用的制作过渡层的材料为镍基合金粉末，按质量百分比计，所述镍基合金粉末包括19％-23％的Cr，8％-11％的Mo，4.5％-5％的Fe，0.35％-0.6％的Al，0.4％-0.6％的Ti，3％-4％的Nb，0.3％-0.4％的Si，0.7％-1％的Co，0.3％-0.5％Mn，余量Ni。

3.根据权利要求1所述的一种QT800球墨铸铁轴瓦耐磨层的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中所采用的制作耐磨层的材料为SnSb8Cu4锡基巴氏合金粉末，按质量百分比计，所述SnSb8Cu4锡基巴氏合金粉末包括7％～8％的Sb，3％～4％的Cu，不超过0.35％的Pb，不超过0.1的As，不超过0.06的Fe，剩余部分为Sn。