一種激光熔覆修復(fù)熱軋輥的熔覆材料及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種激光熔覆修復(fù)熱軋輥的熔覆材料，所述熔覆材料為添加TiC硬質(zhì)相的鎳基自熔合金粉末Ni60A，其中TiC硬質(zhì)相的添加量為：5％～15wt％；鎳基自熔合金粉末Ni60A的組成成分按重量百分比為：0.5％～1.1％的C、3.5％～5.5％的Si、3.0％～4.5％的B、15％～20％的Cr和0～5.0％的Fe，其余量為Ni。優(yōu)選的，所述鎳基自熔合金粉末Ni60A的粒度為150～320目，TiC硬質(zhì)相的粒度為300目，純度為99％。采用本發(fā)明所述熔覆材料制備的熔覆層，不僅能恢復(fù)失效熱軋輥原始尺寸，而且熔覆層硬度、耐磨損性能、耐熱疲勞性能都比基體材料更優(yōu)異，延長了其使用壽命，降低輥耗，減少了企業(yè)生產(chǎn)成本。本發(fā)明還同時提供了一種激光熔覆修復(fù)熱軋輥的方法。
【專利說明】一種激光熔覆修復(fù)熱軋輥的熔覆材料及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光熔覆【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種激光熔覆修復(fù)熱軋輥的熔覆材料及方法。 【背景技術(shù)】
[0002]軋輥表面一旦出現(xiàn)磨損失效，將導(dǎo)致整個軋輥報(bào)廢，這會引起巨大的材料浪費(fèi)。若將軋輥整體換為高速鋼輥或硬質(zhì)合金輥會大幅度增加成本，而且對于軋輥芯部材料是極大的浪費(fèi)。因此對磨損失效的軋輥的修復(fù)強(qiáng)化成為長期困擾軋輥制造行業(yè)的重大難題。堆焊修復(fù)是軋輥修復(fù)領(lǐng)域里研究最多的技術(shù)，軋輥堆焊是指在去除了軋輥表面的疲勞層或缺陷以后，采用采用科學(xué)的工藝方法和合適的堆焊材料將損耗的軋輥修復(fù)至原始直徑，其主要優(yōu)點(diǎn)為軋輥輥徑不變。然而堆焊修復(fù)技術(shù)存在諸多弊端，如工藝復(fù)雜，硬度不太高，生產(chǎn)率低，堆焊時軋輥容易產(chǎn)生裂縫、脫落、焊瘤、夾渣等缺陷。熱噴涂技術(shù)是一種運(yùn)用熱源使涂層材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，然后采用高速氣體使表面材料分散細(xì)化并將其高速撞擊到基體表面從而形成涂層的工藝過程。涂層具有耐磨損、抗氧化、耐蝕等性能。但是該技術(shù)的主要局限性是涂層與基材結(jié)合強(qiáng)度較低，而且涂層存在孔隙和殘余應(yīng)力，韌性差，切削加工性較差，在磨損嚴(yán)重軋制過程中容易出現(xiàn)開裂剝落。熱噴焊技術(shù)是在熱噴涂技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，熱噴焊包括等離子噴焊、火焰噴焊等。它是將噴涂層再進(jìn)行一次重熔處理，采用熱源使涂層材料在基體表面重新熔化或部分熔化，實(shí)現(xiàn)了涂層內(nèi)部顆粒之間以及涂層與基體的冶金結(jié)合，能有效消除孔隙，使零部件表面獲得一層性能良好的涂層。但是該技術(shù)的缺點(diǎn)主要是熱噴焊粉末必須要與基材相匹配，且熱噴焊處理過程中基材的變形比熱噴涂大得多。激光熔覆技術(shù)是一種優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能和環(huán)保的表面改性技術(shù)，在軍事、航空宇航、造船、鋼鐵等諸多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。其與堆焊、熱噴涂、熱噴焊等傳統(tǒng)的表面改性技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)熔覆層稀釋度低，受污染小，且可精確控制，從而保證了熔覆層能獲得預(yù)期的表面性能；(2)適用的材料體系廣泛，可以在低熔點(diǎn)金屬表面熔覆高熔點(diǎn)合金粉末，也可以對許多陶瓷材料進(jìn)行激光熔覆，得到完整致密的冶金結(jié)合涂層；(3)對基體材料熱影響較小，且基體熱變形小，因而可以對成形工件表面進(jìn)行局部選區(qū)激光熔覆處理；(4)可以按照使用性能要求，通過設(shè)計(jì)選配不同熔覆材料體系，從而得到理想的熔覆層；(5)可以對失效的零部件進(jìn)行修復(fù)處理；(6)涂層厚度可調(diào)可控，且工藝靈活，易于實(shí)現(xiàn)自動化。因此，激光熔覆技術(shù)修復(fù)強(qiáng)化軋輥表面技術(shù)成為提高軋輥耐磨性、延長軋輥使用壽命的一個重要發(fā)展方向和途徑，得到了廣泛的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種激光熔覆修復(fù)熱軋輥的熔覆材料，采用該熔覆材料制備的熔覆層耐磨損性能和耐熱疲勞性能更好，使用壽命更長；本發(fā)明還同時提供了一種激光熔覆修復(fù)熱軋輥的方法。
[0004]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:[0005]一種激光熔覆修復(fù)熱軋輥的熔覆材料，所述熔覆材料為添加TiC硬質(zhì)相的鎳基自熔合金粉末Ni60A，其中TiC硬質(zhì)相的添加量為:5%~15wt% ;鎳基自熔合金粉末Ni60A的組成成分按重量百分比為:0.5%~1.1%的(:、3.5%~5.5%的51、3.0%~4.5%的8、15%~20%的Cr和O~5.0%的Fe，其余量為Ni。
[0006]優(yōu)選的，所述鎳基自熔合金粉末Ni60A的粒度為150~320目，TiC硬質(zhì)相的粒度為300目，純度為99%。
[0007]本發(fā)明還同時提供了一種激光熔覆修復(fù)熱軋輥的方法，包括如下步驟:
[0008](I)熔覆粉末配比:在鎳基自熔合金粉末Ni60A中添加TiC硬質(zhì)相，其中TiC硬質(zhì)相的添加量為:5%~15wt%，鎳基自熔合金粉末Ni60A，其組成成分按重量百分比為:
0.5%~1.1% 的 C、3.5%~5.5% 的 S1、3.0%~4.5% 的 B、15%~20% 的 Cr 和 O ~5.0%的Fe，其余量為Ni ；
[0009](2)將步驟(1)中的熔覆粉末通過混粉機(jī)進(jìn)行混合，將混合均勻的粉末用于軋輥磨損失效位置，按照熔覆工藝參數(shù)進(jìn)行激光熔覆修復(fù)。
[0010]優(yōu)選的,所述熔覆工藝參數(shù)為:冶金熱軋棍預(yù)熱至200°C,送粉量為22g/min-32g/min,激光功率P = L 8Kw_2.2Kw,高斯光斑半徑R = 3mm,掃描速度V = 6mm/s_8mm/s,搭接率為50%。
[0011]采用本發(fā)明所述熔覆材料制備的熔覆層，不僅能恢復(fù)失效熱軋輥原始尺寸，而且熔覆層硬度、耐磨損性能、耐熱疲勞性能都比基體材料更優(yōu)異，延長了其使用壽命，降低輥耗，減少了企業(yè)生產(chǎn)成本。
【具體實(shí)施方式】
[0012]在對磨損失效的冶金熱軋輥進(jìn)行激光熔覆修復(fù)強(qiáng)化之前，首先要對其進(jìn)行表面預(yù)處理:室溫下對冶金熱軋輥表面磨損失效位置進(jìn)行打磨，去掉失效層，除油、除銹，并用酒精清洗干凈。并用著色探傷法對其進(jìn)行檢驗(yàn)，要求表面無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。
[0013]本發(fā)明中待修復(fù)強(qiáng)化的熱軋輥材料為60CrMnMo，其組成成分按重量百分比為:C (0.64 % )、Cr (1.04 % )、Mn (0.88 % ), Mo (0.22 % ), Si (0.33 % ), P (0.016 % ),S(0.038% ),0(0.0049% )。
[0014]本發(fā)明中所述熔覆材料為添加TiC硬質(zhì)相的鎳基自熔合金粉末Ni60A，其中TiC硬質(zhì)相的添加量為:5%~15wt% ;鎳基自熔合金粉末Ni60A的組成成分按重量百分比為:
0.5%~1.1% 的 C、3.5%~5.5% 的 S1、3.0%~4.5% 的 B、15%~20% 的 Cr 和 O ~5.0%的Fe，其余量為Ni。
[0015]所述鎳基自熔合金粉末Ni60A的粒度為150~320目，TiC硬質(zhì)相的粒度為300目，純度為99% ο
[0016]上述合金粉末通過混粉機(jī)進(jìn)行混合，將混合均勻的粉末運(yùn)用激光熔覆技術(shù)熔覆于軋輥磨損失效位置，對激光強(qiáng)化修復(fù)好的熱軋輥進(jìn)行打磨和拋光。本熔覆粉末配方制備的熔覆層可改善其顯微組織，提高其顯微硬度、耐磨損性能和耐熱疲勞性能，延長其使用壽命O
[0017]實(shí)施例一:
[0018]一種激光熔覆修復(fù)熱軋輥的方法，包括如下步驟:[0019](I)合金粉末的選擇和混合:
[0020]選用具有優(yōu)良耐磨性能且與基體冶金相容性良好的商用鎳基自熔合金粉末Ni60A粉末，其粒度為150~320目；TiC硬質(zhì)相的粒度為300目，其添加比例為5wt%。上述粉末通過混粉機(jī)進(jìn)行混合。
[0021](2)對冶金熱軋輥進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱至200°C，調(diào)節(jié)送粉量為22g/min ；
[0022]選用IPG6KW光纖激光器，在60CrMnMo冶金熱軋輥表面磨損失效位置形成均勻致密的激光熔覆層。熔覆工藝參數(shù)如下:激光功率p=l.8KW,高斯光斑半徑R = 3mm,掃描速度V = 6mm/s，搭接率50%。之后對熔覆層進(jìn)行打磨和拋光。
[0023]通過檢測修復(fù)處熔覆層的性能可得到其維氏硬度達(dá)到459.1HV0.3,是原軋輥材料的2.5倍；耐磨性比原軋輥材料提高3倍以上；耐熱疲勞性能也得到有效提高，裂紋萌生時間比原軋輥材料晚，裂紋擴(kuò)展速率比原軋輥材料慢。
[0024]實(shí)施例二:
[0025]一種激光熔覆修復(fù)熱軋輥的方法，包括如下步驟:
[0026](I)合金粉末的選擇和混合: [0027]選用具有優(yōu)良耐磨性能且與基體冶金相容性良好的商用鎳基自熔合金粉末Ni60A粉末，其粒度為150~320目；TiC硬質(zhì)相的粒度為300目，其添加比例為15wt%。上述粉末通過混粉機(jī)進(jìn)行混合。
[0028](2)對冶金熱軋輥進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱至200°C，調(diào)節(jié)送粉量為32g/min ；
[0029]選用IPG6KW光纖激光器，在60CrMnMo冶金熱軋輥表面磨損失效位置形成均勻致密的激光熔覆層。熔覆工藝參數(shù)如下:激光功率P = 2.2Kw,高斯光斑半徑R = 3mm,掃描速度V = 8mm/s，搭接率50%。之后對熔覆層進(jìn)行打磨和拋光。
[0030]通過檢測修復(fù)處熔覆層的性能可得到其維氏硬度達(dá)到662.5HV0.3,是原軋輥材料的3.6倍；耐磨性比原軋輥材料提高40倍以上；耐熱疲勞性能也得到有效提高，裂紋萌生時間比原軋輥材料晚，裂紋擴(kuò)展速率比原軋輥材料慢。
[0031]以上實(shí)施例只是為了便于理解本發(fā)明申請的技術(shù)方案，并不構(gòu)成對保護(hù)范圍的限制，凡是未脫離本發(fā)明申請技術(shù)方案的內(nèi)容或依據(jù)本發(fā)明申請的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上方案的任何簡單修改、等同變化與修飾所形成的方案，均應(yīng)被納入屬于本發(fā)明申請保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光熔覆修復(fù)熱軋輥的熔覆材料，其特征在于，所述熔覆材料為添加TiC硬質(zhì)相的鎳基自熔合金粉末Ni60A，其中TiC硬質(zhì)相的添加量為:5%~15wt% ;鎳基自熔合金粉末Ni60A的組成成分按重量百分比為:0.5%~1.1 %的C、3.5%~5.5%的S1、3.0%~4.5%的B、15%~20%的Cr和O~5.0%的Fe，其余量為Ni。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆修復(fù)熱軋輥的熔覆材料，其特征在于，所述鎳基自熔合金粉末Ni60A的粒度為150~320目，TiC硬質(zhì)相的粒度為300目，純度為99%。
3.一種激光熔覆修復(fù)熱軋輥的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)熔覆粉末配比:在鎳基自熔合金粉末Ni60A中添加TiC硬質(zhì)相，其中TiC硬質(zhì)相的添加量為:5%~15wt%，鎳基自熔合金粉末Ni60A，其組成成分按重量百分比為:0.5%~1.1% 的 C、3.5%~5.5% 的 S1、3.0%~4.5% 的 B、15%~20% 的 Cr 和 O ~5.0% 的 Fe，其余量為Ni ； (2)將步驟(1)中的熔覆粉末通過混粉機(jī)進(jìn)行混合，將混合均勻的粉末用于軋輥磨損失效位置，按照熔覆工藝參數(shù)進(jìn)行激光熔覆修復(fù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光熔覆修復(fù)熱軋輥的方法，其特征在于，所述熔覆工藝參數(shù)為:冶金熱軋輥預(yù)熱至200°C，送粉量為22g/min-32g/min，激光功率P = 1.8Kw-2.2Kw,高斯光斑半徑R = 3mm,掃描速度V = 6mm/s-8mm/s,搭接率為50%。
【文檔編號】C22C19/05GK104018032SQ201410281690
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】馮愛新, 薛偉, 朱亮, 王昆, 曹宇鵬, 李峰平, 章正剛, 陸金花 申請人:溫州大學(xué)