本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)子軸頸激光再制造的鐵基合金粉末及其激光再制造方法，尤其是一種用于28CrMoNiV轉(zhuǎn)子軸頸激光再制造的鐵基合金粉末，屬于新型表面涂層技術(shù)用材料。

背景技術(shù)：

汽輪機(jī)是可以將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動力機(jī)械，主要用作發(fā)電的原動機(jī)，也可直接驅(qū)動其他機(jī)械裝置，廣泛用于石油化工、鋼鐵生產(chǎn)、電力設(shè)施等領(lǐng)域。28CrMoNiV材料的轉(zhuǎn)子是工業(yè)汽輪機(jī)常見的核心做功部件，需要在高溫水汽的工況下長期服役。一般來說，轉(zhuǎn)子的軸頸部分易產(chǎn)生磨損、抱瓦等失效。失效后的轉(zhuǎn)子通常采用車削、噴涂、電刷鍍等工藝進(jìn)行修復(fù)或直接報(bào)廢。采用傳統(tǒng)修復(fù)方法一般性能損失較大。直接更換一根大型轉(zhuǎn)子的成本很高，生產(chǎn)周期較長。特別是很多轉(zhuǎn)子上安裝有汽輪機(jī)葉片，拆卸后就很難再次安裝使用，這又直接增加了其更換轉(zhuǎn)子的成本。因此，直接更換新轉(zhuǎn)子并不是最好的設(shè)備維修方案，也不滿足節(jié)能降耗的要求。

因此，提供一種合金元素比例合理、成本適中、應(yīng)用效果顯著、適用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸激光再制造的鐵基粉末，是該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)著手探尋、研究的問題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述的問題，提供一種合金元素比例合理、成本適中、應(yīng)用效果顯著、適用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸激光再制造的鐵基合金粉末及其噴涂方法。

本發(fā)明所述的用于轉(zhuǎn)子軸頸激光再制造的鐵基合金粉末，其特征在于其組成原料的質(zhì)量百分比為：

碳C：0.03-0.1％；

鉻Cr：13.0-16.0％；

硅Si：0.9-1.5％；

硼B(yǎng)：0.5-1.0％；

余量為Fe。

粉末粒徑為40-140um。

本發(fā)明所述的用于轉(zhuǎn)子軸頸激光再制造的鐵基合金粉末，其特征在于其組成原料的質(zhì)量百分比為：

碳C：0.100％；

鉻Cr：16.00％；

硅Si：1.5％；

硼B(yǎng)：1.0％；

余量為Fe。

所述的用于轉(zhuǎn)子軸頸激光再制造的鐵基合金粉末，其特征在于其組成原料的質(zhì)量百分比為：

碳C：0.03％；

鉻Cr：13.0％；

硅Si：0.9％；

硼B(yǎng)：0.5％；

余量為Fe。

鐵基合金粉末粒徑為40-140um。

本發(fā)明所述的用于轉(zhuǎn)子軸頸激光再制造的鐵基合金粉末的噴涂方法，包括以下步驟：

1)先對轉(zhuǎn)子軸頸失效部位進(jìn)行車削加工，使表面清潔、平整， 并除油；

2)將干燥的鐵基合金粉末放入送粉器中；

3)調(diào)整激光位置至待修復(fù)區(qū)域，編輯程序；

4)將激光工藝參數(shù)設(shè)定如下：激光功率至3.0KW，掃描速度為4mm/s，送粉量為10g/min，激光光斑直徑為6mm搭接率為50％，進(jìn)行激光熔覆再制造；

5)根據(jù)實(shí)際需要重復(fù)熔覆多層至超過目標(biāo)尺寸并留有加工余量；

6)采用車床車削至目標(biāo)尺寸。

6)采用車床車削至目標(biāo)尺寸，即可實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子軸頸失效部位的修復(fù)；

7)對修復(fù)后的轉(zhuǎn)子軸頸修復(fù)區(qū)域的硬度及裂紋進(jìn)行檢測。

步驟7)中采用便攜式硬度計(jì)測量轉(zhuǎn)子軸頸修復(fù)區(qū)域的平均維氏硬度。

本發(fā)明所述的激光再制造工藝性能良好，耐高溫、耐腐蝕、耐磨損合金粉末的成分設(shè)計(jì)原理為：

碳C：0.03-0.1％

碳會和其它合金元素形成碳化物硬質(zhì)相。碳化物容易在晶界處聚集，碳含量過高，析出的碳化物增多，涂層裂紋敏感性增強(qiáng)。同時考慮到涂層的硬度應(yīng)與基體硬度相近，將碳含量設(shè)定為0.03-0.1％。另外，碳在激光熔覆過程中易與氧反應(yīng)生成氣體，熔池凝固后，滯留在熔覆層中形成氣孔缺陷。因此，激光熔覆用合金粉末碳含量不易過高。

鉻Cr：13.0-16.0％

鉻能提高合金粉末的抗氧化性能，改善激光再制造工藝性能，并能提高涂層的抗腐蝕性能。當(dāng)鉻含量低于13.0％時性能改善不明想，超過16.0％后對性能提高便不再明顯，因此將鉻含量設(shè)定為13.0-16.0％。

硅Si：0.9-1.5％

在激光再制造工藝中，硅可以降低合金粉末的熔點(diǎn)，提高熔池的流動性和對基體的潤濕性，并與氧和硼結(jié)合形成硼硅酸鹽覆蓋于熔池表面，起到脫氧造渣的作用，以避免涂層的氧化。硅含量過低，起不到脫氧造渣的作用，過高則涂層中殘余硅含量增大，涂層裂紋敏感性增強(qiáng)，機(jī)械性能變差，同時硅和硼的作用是相互關(guān)聯(lián)的，硅含量要結(jié)合硼含量設(shè)定。因此，作為一種激光再制造用專用合金粉末，硅含量設(shè)定為0.9-1.5％。

B：0.5-1.0％

在激光再制造過程中，硼與硅聯(lián)合起到脫氧造渣的作用，同時，硼可以提高涂層硬度。但是硼含量太高會顯著降低涂層韌性，太低起不到脫氧造渣的作用，考慮到硅的含量，設(shè)定硼含量為0.5-1.0％。

本發(fā)明的有益效果是：提供配比的合金粉末韌性和抗氧化性能良好，在激光再制造過程中不需要對基體預(yù)熱和后續(xù)熱處理，涂層對裂紋不敏感，無特殊的工況要求，可在合適的參數(shù)下獲得與基體28CrMoNiV性能相似的熔覆層，且激光再制造工藝操作靈活，可重復(fù)性高，完全可用于28CrMoNiV轉(zhuǎn)子軸頸磨損失效的修復(fù)與再制造。采用該材料實(shí)現(xiàn)激光再制造轉(zhuǎn)子的方法具有快速、質(zhì)量優(yōu)良、對轉(zhuǎn)子無傷害，修復(fù)后運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，能延長使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

本批次粉末合金總質(zhì)量為5.7Kg，其化學(xué)組成(重量百分比)為C：0.1％，Cr：16.0％，Si：1.5％，B：1.0％，F(xiàn)e：余量。經(jīng)過篩后 的粉末粒徑為40-140um。

一種用于28CrMoNiV轉(zhuǎn)子軸軸頸激光再制造的鐵基合金粉末使用方式如下：

(1)先對轉(zhuǎn)子軸頸失效部位進(jìn)行車削加工，使表面清潔、平整，并除油；

(2)將干燥的粉末放入送粉器中；

(3)調(diào)整激光位置至待修復(fù)區(qū)域，編輯程序。

(4)將激光工藝參數(shù)設(shè)定如下：激光功率至3.0KW，掃描速度為4mm/s，送粉量為10g/min，激光光斑直徑為6mm搭接率為50％，進(jìn)行激光熔覆再制造；

(5)根據(jù)實(shí)際需要重復(fù)熔覆多層至超過目標(biāo)尺寸并留有加工余量；

(6)采用車床車削至目標(biāo)尺寸，即可實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子軸頸失效部位的修復(fù)；

(7)經(jīng)機(jī)加工后采用便攜式硬度計(jì)測試，修復(fù)區(qū)域平均維氏硬度為353Hv，隨著層數(shù)增加，硬度會有下降趨勢，4層之后硬度便幾乎無變化，硬度最低降至321Hv。經(jīng)著色探傷未見裂紋。

實(shí)施例2：

本批次粉末合金總質(zhì)量為2.8Kg，其化學(xué)組成(重量百分比)為C：0.03％，Cr：13.0％，Si：0.9％，B：0.5％，F(xiàn)e：余量。經(jīng)過篩后的粉末粒徑為40-140um。

激光組合制造工藝具體步驟如下：

(1)～(5)同實(shí)施例1的激光組合制造工藝步驟。

經(jīng)機(jī)加工后采用便攜式硬度計(jì)測試，修復(fù)區(qū)域平均維氏硬度為 307Hv，隨著層數(shù)增加，硬度會有下降趨勢，4層之后硬度便幾乎無變化，硬度最低降至286Hv。，經(jīng)著色探傷未見裂紋。

實(shí)施例3-7：

實(shí)施步驟同實(shí)施例(1)和(2)。批次合金粉末總量、化學(xué)組成、粉末粒徑和涂層硬度見表1。

表1 實(shí)施例3-7

本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。