CN87102001A - 耐火材料模具表面喷焊耐磨涂层的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种耐火材料模具表面喷焊耐磨涂层的工艺，涂层材料为含WC的镍基自熔合金粉末，借助粉末喷焊枪，使粉末通过氧乙炔火焰区加热到熔化或半熔化状态，喷洒到耐火材料模具表面，再经感应加热重熔，得到1～2.5mm厚的耐磨涂层，涂层硬度为HRC63～67，与基体的结合强度大于350MPa，涂层表面光滑、平整致密，其一次性使用寿命比一般低碳钢淬火模具高15倍以上，一般还可修磨4～5次，总寿命可提高60～75倍。

Description

本发明属于一种耐火材料模具表面喷焊耐磨涂层工艺。

耐火材料模具在使用过程中，由于受到严重的磨粒磨损和多次重复的侧压力，至使模具寿命短，恶劣的使用条件，要求模具表层硬度在HRC60以上，同时模具还须具备较高的强度。

为了提高耐火材料模具的使用寿命，人们进行了大量的研究工作，在普遍采用低碳钢淬火模具，变质铸铁模具的基础上，进而用高铬铸铁、高铬合金以及Cr12MOV直接淬火做耐火材料模具，国内外还有的在耐火材料模具表面粘贴一层硬质合金或钢结硬质合金片，后者虽可大幅度提高耐火材料模具寿命，但因加工或锻造成型困难以及成本高等原因，只适合做一些形状简单的标普砖模具，加之易脆，不易推广。

本发明的目的是提供一种在各类耐火材料模具表面上，采用氧乙炔焰粉末喷涂和感应加热重熔工艺，使模具表面具有耐磨、耐蚀、耐氧化性能，提高其使用寿命，降低成本。

为了实现上述目的，本发明采用氧乙炔焰粉末喷焊，即藉助粉末喷焊枪，将一种含WC的自熔合金粉末通过氧乙炔火焰区，加热到熔化或半熔化状态，喷涂到耐火材料模具表面，再经感应重熔烧结，得到1～2.5mm厚的均匀致密的喷焊层，所得喷焊层硬度为HRC63-67，喷焊层与基体的结合强度大于350MPa，焊层表面光滑、平整、致密。

下面详细叙述本发明工艺：

模具表面的预处理：先用三氯乙烯或全氯乙烯清洗去油污，有时也可用汽油或洗涤剂，然后采用喷砂、机加工或打磨等去除表面的氧化物或疲劳层。

预热：其目的有三个，除去模具表面的潮气，提高粉层与工件面的结合强度，减小应力，避免粉层出现开裂、脱壳。采用氧乙炔焰预热，一般以中性焰或轻微碳化焰为宜，枪口距工件面约100～250mm左右。预热温度为300～450℃，预热时间约5～10分钟，视模具大小、材质而定。一般对大件、大面积或膨胀系数大的工件，预热温度应偏高，对极小件、薄板及含有易氧化元素的合金基材，预热温度应偏低。如果大批量生产，可将模具放在炉内预热，预热时间约半小时。如果是小批量生产，也可采用感应加热预热，为了保证工件芯部也达到预热温度，在工件表面颜色由黄变蓝，当蓝色消失后应停止加热，以保证模具芯部与表面温度接近，而表面不致严重氧化，过五分钟再感应加热，以达到所需温度，最后用表面温度计测量温度。

喷粉：当预热温度达到后，用钢丝刷刷去表面氧化物，立即改换送粉枪。把火焰、气流、粉量都调节合适后对准模具表面进行喷粉。喷焊粉末由（重量%）C    0.8～1.2，Cr    18～20，B    3.3～4.2，Si    4～5，Fe    0.01～15，余量为Ni的镍基自熔合金粉末（FNi-15）和20～50%（重量）的WC粉末组成。WC的加入形式，可以采用树脂粘结法，即将上述镍基自熔合金粉末与20～50%WC粉末均匀混合，然后倒入含1.5～2.5%左右干基树脂的酚醛树脂溶液（溶剂可为酒精，每公斤粉需酒精150毫升），并搅拌均匀，再放入烘箱内烘干、固化，固化温度为150℃，保温2小时，然后破碎筛分，粒度为-120+300目。WC粉也可以是镍包碳化钨粉或钴包碳化钨粉，与上述镍基自熔合金粉末机械地混合在一起，其中Ni或Co的含量为10～15%，粉末粒度为-180+300目。喷粉时，采用燃烧氧压为0.5～0.6MPa的中性焰，枪口垂直于模具表面并相距200～250mm，枪的移动速度为10～20米/分，若模具转动，枪的速度以3～7毫米/转为宜。粉层厚度一次不宜超过1.25mm，粉层太厚，重熔不透，焊层与工件面不能产生良好的冶金结合，冷后易产生裂纹脱落现象。

喷粉量计算公式：W＝S×（h+△h）×9～9.5×1.2（克）

式中：W-所需粉末重量，克;

S-喷涂面积，厘米²;

h-涂层厚度，厘米;

△h-涂层所留加工余量，厘米;

9～9.5-粉末表观密度，克/厘米³;

1.2-喷敷率系数。

加工余量的大小，要视喷涂面积大小和操作熟练程度而定。

感应重熔：送粉完毕，工件温度已达400～500℃，立即进行感应重熔，重熔时，模具应置于感应器中间，且模具涂层表面平行于感应器，使线圈产生的磁力线从两面垂直通过模板，因而模板两面受热，其温差小，热变形小，同时，模具在交变磁场内切割磁力线最多，感应涡流也将会最大，便于快速加热。感应器与涂层表面的间距为5～8mm，间距太小，虽然升温速度快，加热时间短，但涂层与感应器之间容易相碰，击穿感应器，甚至将模板烧熔，间距太大，漏磁严重，加热速度慢，表面涂层容易氧化。感应器电流频率选择8000赫兹左右，频率过低，电流透入深度大，消耗功率大，重熔速度慢;频率太高，重熔速度太快，不易控制质量。感应重熔时（工件可以旋转），感应器纵向均匀移动，感应器的移动速度视涂层是否出现液相而定，模具的棱角及边缘往往容易过热，一般感应器离开棱角及边缘的距离要比其它部位大些。在重熔过程中，如果工件涂层表面出现红亮（960～1050℃），且红亮区与暗红区之间的线条随着感应器向前移动而跟着缓慢移动，就证明涂层已经熔化，此线条为合金从固相变成液相的特征，此时感应器应继续向前缓慢移动，为了保证涂层熔透，一般要感应重熔二次，第二次重熔时，液固相线之间的线条应在感应器后面保持约50～100毫米的距离，由于模具两端温度低，为保证熔透，感应器在模具两端需反复移动数次。

重熔时，为防止工件变形，应当在车床顶针孔里装上弹簧，保证工件能自由伸缩。重熔完毕，工件应当继续转动。对于不能旋转的工件，如模板等，一旦重熔完毕，待涂层红亮液相区变暗，立即将工件旋转90°，防止工件因自重而变形。如果涂层厚度不够，待工件冷至暗红时，用钢丝刷将涂层表面的氧化物刷除干净，接着再进行喷粉和感应重熔。

缓冷：重熔完毕，工件在空气中缓冷，冷却速度太快，有可能使焊层出现裂纹。

采用上述耐火材料模具表面喷焊耐磨涂层的工艺，可以大大提高耐火材料模具的使用寿命，大幅度降低成本，在焊层磨损之后，还可以反复多次进行喷涂和重熔，其耐磨性与第一次喷焊后的相等。该工艺不仅适合于芯棒、模套、标普型砖模板，还可用于带弧度的模具以及耐火材料成型用的各种大小模具。采用该工艺喷焊后的模具，其一次性使用寿命比一般低碳钢淬火模具高15倍以上，总寿命可提高60～75倍。

实施例：

尺寸为φ83×630mm的耐火材料模具芯棒，原采用A₃钢渗碳淬火，渗碳层厚度1.5～2mm，表面硬度HRC64，压砖数为700块/根，而采用本发明，一次性使用寿命提高15倍以上，总寿命提高60～75倍。其工艺过程如下：将原芯棒直径全部车小2.5～3mm，放在炉内预热到350～450℃，也可采用氧乙炔焰或感应加热，用表面温度计测量温度，当温度达到上述温度范围，用SPHT-7/h喷枪在工件表面喷涂一层1.2mm厚的镍基自熔合金粉（FNi-15）+35%碳化钨粉末。喷粉完毕，对涂层进行感应重熔处理，感应重熔温度的高低以涂层出现固、液相分界的线条为准，待涂层冷至暗红，温度在600℃以下，将涂层表面的氧化物用钢丝刷刷除干净，接着再喷一层1.2mm厚的镍基自熔合金粉（FNi-15）+20～50%WC粉末，并进行感应重熔处理，为保证涂层充分重熔烧结，最后对工件增加一次感应重熔处理。重熔后的涂层芯棒应继续在车床上旋转或垂直放在空气中缓冷。表1列出了感应重熔涂层耐火材料模具与渗碳淬火或碳氮共渗模具使用寿命对比情况。

表1    经不同工艺处理的耐火材料模具使用寿命对比表

喷焊层的性能测试：

热膨胀系数：氧乙炔焰喷焊法堆焊制作热膨胀试样，试样尺寸为φ4×50mm，使用测量仪器为RPZ-1型晶体管自动热膨胀仪。结果如表2所示。

表2 含WC镍基粉末喷焊层的热膨胀系数（X10^-6）

结合强度：含碳化钨的镍基自熔合金粉末对各种金属材料（如各种碳钢、合金钢、不锈钢等）润湿性都很好，结果强度较高，例如，对普通碳钢，其结合强度达400～500MPa。

耐磨性：试样采用氧乙炔焰喷焊法制作，试样基体为A₃钢，尺寸为75×25×12mm，喷焊层施于其75×25mm表面上，厚度1.5mm，对照材料选择耐磨高铬铸铁，试验在干砂橡胶轮磨料磨损试验机上进行。结果如表3。

表3    含WC镍基粉末喷焊层与高铬铸铁耐磨性对比表

从表3看出，含WC超硬质耐磨相的镍基粉末喷焊层的耐磨料磨损性是耐磨性著称的高铬铸铁的3.8～10倍。

耐蚀性：用耐蚀性著称的1Cr18Ni9Ti做对照试样，试验用浸渍法进行，试样尺寸为φ38×10，表面光洁度△7，试验温度20±2℃，浸渍时间120小时，称重用万分之一的分析天平，结果如表4所示。

表4    含WC镍基粉末喷焊层与1Cr18Ni9Ti耐蚀性对比表

（腐蚀量，克/米²·小时）

由表4可看出，含WC的镍基自熔合金粉末喷焊层的耐蚀性与1Cr18Ni9Ti相当，因此属于耐蚀性合金。

Claims (7)

1、一种耐火材料模具表面喷焊耐磨涂层的工艺，包括模具表面预处理，预热，喷粉，重熔，缓冷，其特征是预热温度为300～450℃，采用氧乙炔焰喷枪喷粉，其粉末为含WC的镍基自熔合金粉末，重熔采用中频或高频感应加热，加热温度在960～1050℃范围内。

2、根据权利要求1所述的喷焊耐磨涂层的工艺，其特征是感应重熔时，模具置于感应器中间，且模具涂层表面平行于感应器。

3、根据权利要求1所述的喷焊耐磨涂层的工艺，其特征是喷焊粉末由（重量%）：C  0.8～1.2，Cr  18～20，B  3.3～4.2，Si  4～5，Fe  0.01～15，余量为Ni的镍基自熔合金粉末和20～50（重量%）的WC粉末所组成。

4、根据权利要求1、3所述的喷焊耐磨涂层的工艺，其特征是WC粉可以为镍包碳化钨粉或钴包碳化钨粉，其中Ni或Co的含量为10～15（重量%），余为WC。

5、根据权利要求1或3所述的喷焊耐磨涂层的工艺，其特征是用酚醛树脂将镍基粉和WC粉粘结在一起，酚醛树脂中含1.5～2.5%（重量）的干基树脂。

6、根据权利要求4所述的喷焊耐磨涂层的工艺，其特征是用机械的方法将镍基自熔合金粉和镍包碳化钨粉或钴包碳化钨粉均匀混合在一起。

7、根据权利要求1或2喷焊耐磨涂层工艺用的感应器，其特征是感应器采用长方形紫铜管制成。