CN104018032A

CN104018032A - 一种激光熔覆修复热轧辊的熔覆材料及方法

Info

Publication number: CN104018032A
Application number: CN201410281690.2A
Authority: CN
Inventors: 冯爱新; 薛伟; 朱亮; 王昆; 曹宇鹏; 李峰平; 章正刚; 陆金花
Original assignee: Wenzhou University
Current assignee: Wenzhou University
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2014-09-03

Abstract

本发明提供了一种激光熔覆修复热轧辊的熔覆材料，所述熔覆材料为添加TiC硬质相的镍基自熔合金粉末Ni60A，其中TiC硬质相的添加量为：5％～15wt％；镍基自熔合金粉末Ni60A的组成成分按重量百分比为：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，其余量为Ni。优选的，所述镍基自熔合金粉末Ni60A的粒度为150～320目，TiC硬质相的粒度为300目，纯度为99％。采用本发明所述熔覆材料制备的熔覆层，不仅能恢复失效热轧辊原始尺寸，而且熔覆层硬度、耐磨损性能、耐热疲劳性能都比基体材料更优异，延长了其使用寿命，降低辊耗，减少了企业生产成本。本发明还同时提供了一种激光熔覆修复热轧辊的方法。

Description

一种激光熔覆修复热轧辊的熔覆材料及方法

技术领域

本发明属于激光熔覆技术领域，特别涉及一种激光熔覆修复热轧辊的熔覆材料及方法。

背景技术

轧辊表面一旦出现磨损失效，将导致整个轧辊报废，这会引起巨大的材料浪费。若将轧辊整体换为高速钢辊或硬质合金辊会大幅度增加成本，而且对于轧辊芯部材料是极大的浪费。因此对磨损失效的轧辊的修复强化成为长期困扰轧辊制造行业的重大难题。堆焊修复是轧辊修复领域里研究最多的技术，轧辊堆焊是指在去除了轧辊表面的疲劳层或缺陷以后，采用采用科学的工艺方法和合适的堆焊材料将损耗的轧辊修复至原始直径，其主要优点为轧辊辊径不变。然而堆焊修复技术存在诸多弊端，如工艺复杂,硬度不太高,生产率低，堆焊时轧辊容易产生裂缝、脱落、焊瘤、夹渣等缺陷。热喷涂技术是一种运用热源使涂层材料加热至熔化或半熔化状态，然后采用高速气体使表面材料分散细化并将其高速撞击到基体表面从而形成涂层的工艺过程。涂层具有耐磨损、抗氧化、耐蚀等性能。但是该技术的主要局限性是涂层与基材结合强度较低，而且涂层存在孔隙和残余应力，韧性差，切削加工性较差，在磨损严重轧制过程中容易出现开裂剥落。热喷焊技术是在热喷涂技术基础上发展起来的,热喷焊包括等离子喷焊、火焰喷焊等。它是将喷涂层再进行一次重熔处理，采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现了涂层内部颗粒之间以及涂层与基体的冶金结合，能有效消除孔隙，使零部件表面获得一层性能良好的涂层。但是该技术的缺点主要是热喷焊粉末必须要与基材相匹配，且热喷焊处理过程中基材的变形比热喷涂大得多。激光熔覆技术是一种优质、高效、节能和环保的表面改性技术，在军事、航空宇航、造船、钢铁等诸多领域有着巨大的应用潜力。其与堆焊、热喷涂、热喷焊等传统的表面改性技术相比具有以下优点：(1)熔覆层稀释度低，受污染小，且可精确控制，从而保证了熔覆层能获得预期的表面性能；(2)适用的材料体系广泛，可以在低熔点金属表面熔覆高熔点合金粉末，也可以对许多陶瓷材料进行激光熔覆，得到完整致密的冶金结合涂层；(3)对基体材料热影响较小，且基体热变形小，因而可以对成形工件表面进行局部选区激光熔覆处理；(4)可以按照使用性能要求，通过设计选配不同熔覆材料体系，从而得到理想的熔覆层；(5)可以对失效的零部件进行修复处理；(6)涂层厚度可调可控，且工艺灵活，易于实现自动化。因此，激光熔覆技术修复强化轧辊表面技术成为提高轧辊耐磨性、延长轧辊使用寿命的一个重要发展方向和途径，得到了广泛的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光熔覆修复热轧辊的熔覆材料，采用该熔覆材料制备的熔覆层耐磨损性能和耐热疲劳性能更好，使用寿命更长；本发明还同时提供了一种激光熔覆修复热轧辊的方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种激光熔覆修复热轧辊的熔覆材料，所述熔覆材料为添加TiC硬质相的镍基自熔合金粉末Ni60A，其中TiC硬质相的添加量为：5％～15wt％；镍基自熔合金粉末Ni60A的组成成分按重量百分比为：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，其余量为Ni。

优选的，所述镍基自熔合金粉末Ni60A的粒度为150～320目，TiC硬质相的粒度为300目，纯度为99％。

本发明还同时提供了一种激光熔覆修复热轧辊的方法，包括如下步骤：

(1)熔覆粉末配比：在镍基自熔合金粉末Ni60A中添加TiC硬质相，其中TiC硬质相的添加量为：5％～15wt％，镍基自熔合金粉末Ni60A，其组成成分按重量百分比为：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，其余量为Ni；

(2)将步骤(1)中的熔覆粉末通过混粉机进行混合，将混合均匀的粉末用于轧辊磨损失效位置，按照熔覆工艺参数进行激光熔覆修复。

优选的，所述熔覆工艺参数为：冶金热轧辊预热至200℃，送粉量为22g/min-32g/min，激光功率P＝1.8Kw-2.2Kw，高斯光斑半径R＝3mm,扫描速度V＝6mm/s-8mm/s，搭接率为50％。

采用本发明所述熔覆材料制备的熔覆层，不仅能恢复失效热轧辊原始尺寸，而且熔覆层硬度、耐磨损性能、耐热疲劳性能都比基体材料更优异，延长了其使用寿命，降低辊耗，减少了企业生产成本。

具体实施方式

在对磨损失效的冶金热轧辊进行激光熔覆修复强化之前，首先要对其进行表面预处理：室温下对冶金热轧辊表面磨损失效位置进行打磨，去掉失效层，除油、除锈，并用酒精清洗干净。并用着色探伤法对其进行检验，要求表面无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。

本发明中待修复强化的热轧辊材料为60CrMnMo，其组成成分按重量百分比为：C(0.64％)、Cr(1.04％)、Mn(0.88％)、Mo(0.22％)、Si(0.33％)、P(0.016％)、S(0.038％)、O(0.0049％)。

本发明中所述熔覆材料为添加TiC硬质相的镍基自熔合金粉末Ni60A，其中TiC硬质相的添加量为：5％～15wt％；镍基自熔合金粉末Ni60A的组成成分按重量百分比为：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，其余量为Ni。

所述镍基自熔合金粉末Ni60A的粒度为150～320目，TiC硬质相的粒度为300目，纯度为99％。

上述合金粉末通过混粉机进行混合，将混合均匀的粉末运用激光熔覆技术熔覆于轧辊磨损失效位置，对激光强化修复好的热轧辊进行打磨和抛光。本熔覆粉末配方制备的熔覆层可改善其显微组织，提高其显微硬度、耐磨损性能和耐热疲劳性能，延长其使用寿命。

实施例一：

一种激光熔覆修复热轧辊的方法，包括如下步骤：

(1)合金粉末的选择和混合：

选用具有优良耐磨性能且与基体冶金相容性良好的商用镍基自熔合金粉末Ni60A粉末，其粒度为150～320目；TiC硬质相的粒度为300目，其添加比例为5wt％。上述粉末通过混粉机进行混合。

(2)对冶金热轧辊进行预热处理，预热至200℃，调节送粉量为22g/min；

选用IPG6KW光纤激光器，在60CrMnMo冶金热轧辊表面磨损失效位置形成均匀致密的激光熔覆层。熔覆工艺参数如下：激光功率P＝1.8Kw，高斯光斑半径R＝3mm,扫描速度V＝6mm/s，搭接率50％。之后对熔覆层进行打磨和抛光。

通过检测修复处熔覆层的性能可得到其维氏硬度达到459.1HV_0.3，是原轧辊材料的2.5倍；耐磨性比原轧辊材料提高3倍以上；耐热疲劳性能也得到有效提高，裂纹萌生时间比原轧辊材料晚，裂纹扩展速率比原轧辊材料慢。

实施例二：

一种激光熔覆修复热轧辊的方法，包括如下步骤：

(1)合金粉末的选择和混合：

选用具有优良耐磨性能且与基体冶金相容性良好的商用镍基自熔合金粉末Ni60A粉末，其粒度为150～320目；TiC硬质相的粒度为300目，其添加比例为15wt％。上述粉末通过混粉机进行混合。

(2)对冶金热轧辊进行预热处理，预热至200℃，调节送粉量为32g/min；

选用IPG6KW光纤激光器，在60CrMnMo冶金热轧辊表面磨损失效位置形成均匀致密的激光熔覆层。熔覆工艺参数如下：激光功率P＝2.2Kw，高斯光斑半径R＝3mm,扫描速度V＝8mm/s，搭接率50％。之后对熔覆层进行打磨和抛光。

通过检测修复处熔覆层的性能可得到其维氏硬度达到662.5HV_0.3，是原轧辊材料的3.6倍；耐磨性比原轧辊材料提高40倍以上；耐热疲劳性能也得到有效提高，裂纹萌生时间比原轧辊材料晚，裂纹扩展速率比原轧辊材料慢。

以上实施例只是为了便于理解本发明申请的技术方案，并不构成对保护范围的限制，凡是未脱离本发明申请技术方案的内容或依据本发明申请的技术实质对以上方案的任何简单修改、等同变化与修饰所形成的方案，均应被纳入属于本发明申请保护范围之内。

Claims

1.一种激光熔覆修复热轧辊的熔覆材料，其特征在于，所述熔覆材料为添加TiC硬质相的镍基自熔合金粉末Ni60A，其中TiC硬质相的添加量为：5％～15wt％；镍基自熔合金粉末Ni60A的组成成分按重量百分比为：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，其余量为Ni。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆修复热轧辊的熔覆材料，其特征在于，所述镍基自熔合金粉末Ni60A的粒度为150～320目，TiC硬质相的粒度为300目，纯度为99％。

3.一种激光熔覆修复热轧辊的方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的激光熔覆修复热轧辊的方法，其特征在于，所述熔覆工艺参数为：冶金热轧辊预热至200℃，送粉量为22g/min-32g/min，激光功率P＝1.8Kw-2.2Kw，高斯光斑半径R＝3mm,扫描速度V＝6mm/s-8mm/s，搭接率为50％。