CN104233283B - 一种用于内燃机增压器动叶片激光修复的钴基合金粉末 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机增压器动叶片激光修复的钴基合金粉末，其组成包括有Co、Ni、Cr、Si；其特点是还包括有Nb、Y、W、B，其中各组分（质量百分数）为：Cr：8~15%；Ni：5~10%；Si:0.1~0.5%；Nb：0.3~0.5%；Y：0.1~0.3%；W：0.8~1.2%；B；0.5~1%；Co：余量。本发明实现了合金在具有适中硬度、强度的同时，具有良好的韧性和抗高温氧化性，与叶片基材形成致密的冶金结合层，裂纹倾向性极小，满足激光熔覆涡轮增压器动叶片的要求。

Description

一种用于内燃机增压器动叶片激光修复的钴基合金粉末

技术领域

本发明涉及一种适合于激光熔覆的合金粉末材料,特别是涉及一种具有抗裂能力的、抗高温氧化的用于内燃机增压器动叶片激光修复的钴基合金粉末，属于国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域。

背景技术

增压器是内燃机车提高功率,降低能耗的重要设备，在增压器中动叶片是最核心的部件。由于在650～700℃高温下工作,工作转速高达10000~20000rpm。在这么高的温度和转速下，叶片经常发生磨损。增压器工作介质中的固体颗粒也会对叶片造成损伤。叶片一旦损伤，转子的动平衡受到破坏造成机械振动，影响行车安全。而且动叶片在工作时的自振对叶片的疲劳性能有很高的要求。超高的转速对叶片的强度也有极高的要求。因此动叶片修复的材料必须具备如下的性能特征：疲劳性能好、耐高温、强度高、硬度较高、耐磨损。

随着我国铁路运事业的发展需求，内燃机车不断增速，目前大部分机车都在超负荷情况下运行，内燃机车里的关键部件增压器的故障率也不断增加，而在增压器检修过程中大部分的进气壳需要进行更换，每年大约更换二千台次以上，消耗很大。因此，选择适当的内燃机增压器动叶片修复方法和材料，保证修复后内燃机增压器使用要求，是当前亟待解决的课题。

激光熔覆修复技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。

激光熔覆修复技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。

由于动叶片在制造时选用的是高温合金，材料可焊性很差，常规的修复方法是焊接，选用的材料一般为铸铁焊条，但这些材料在修复和使用过程中都曾出现问题，如开裂、白口化、气孔、脱焊等等。激光熔覆修复方式可以很好的解决以上的一些焊接问题，但是激光熔覆也需要相应的粉末材料，目前在耐热铸铁激光熔覆上没有相应的材料。以前一些在其他黑色金属上熔覆效果很好的材料，对这种铸铁熔覆都会产生裂纹气孔等缺陷，因此为进行内燃机增压器的动叶片的修复，特意经过理论分析和试验试验发明了一种用于内燃机增压器动叶片的激光修复专用粉末。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有抗磨损的、抗高温氧化且韧性较好的激光修复内燃机增压器动叶片的钴基合金粉末，用于采用激光熔覆的方法修复内燃机增压器动叶片的裂纹。该钴基合金粉末是在纯钴焊条的成分基础上，通过添加较多的Cr提高熔覆区域的抗高温氧化性能，通过至少添加微量元素Nb、Y元素中的一种进行基体晶界强化，特别是通过至少添加Ti、B、Si元素中的一种进行合金基体强化，该粉末具有较高硬度、强度的同时，又具有良好的韧性和抗高温氧化性能，与铸铁作用不形成白口组织，裂纹倾向性极小的特点。

本发明给出的技术方案是：这种用于内燃机增压器动叶片激光修复的钴基合金粉末，其组成包括有Co、Ni、Cr、Si；其特点是还包括有Nb、Y、W、B，其中各组分（质量百分数）为。

Cr：8~15%；Ni：5~10%；Si:0.1~0.5%；Nb：0.3~0.5%。

Y：0.1~0.3%；W：0.8~1.2%；B；0.5~1%；Co：余量。

本发明通过添加Cr元素提高抗高温氧化性能；通过选择合金基体强化元素、晶粒细化晶界强化元素，控制各组元素的百分比含量，使合金粉末获得优越的综合性能，从而实现了合金在具有适中硬度、强度的同时，具有良好的韧性和抗高温氧化性，与叶片基材形成致密的冶金结合层，裂纹倾向性极小，满足激光熔覆涡轮增压器动叶片的要求。

本发明给出的用于内燃机增压器动叶片激光修复的钴基合金粉末是通过真空熔炼、真空气雾化、筛选等工序制备的，粒度是－100+270目。

本发明给出的用于内燃机增压器动叶片激光修复的钴基合金粉末，适用于全固态固体激光器，在修复应用所述粉末材料的熔覆工艺参数是：功率：800~1600W，光斑直径：2~3mm，扫描速度：10~30mm/s，置粉厚度：0.2~0.7mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是。

1. 添加合金基体强化元素、晶粒细化和晶界强化元素，并调整各元素的百分比含量。通过强化手段，强化合金基体，又改进了晶界质量，使合金获得良好的综合性能。从而实现了合金在具有较高硬度和强度的同时，又具有良好的韧性，裂纹倾向性极小，从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆动叶片时的抗磨损的、抗高温氧化且韧性较好，工艺稳定性和成分均匀性，满足了进气壳激光熔覆的强度和韧性的要求。

2.通过添加较大量的Cr元素，提高该粉末激光熔覆后的抗高温氧化性能，保证熔覆区域在内燃机涡轮增压器的工况下不继续发生高温氧化，提高器修复的质量。

3.动叶片在修复后，通过探伤检测、台架试验和实际运行检测均证明该材料的强度和韧性满足进气壳使用的要求，修复部位没有再次出现裂纹。

具体实施方式

实例1。

大连某机车车辆厂的内燃机动叶片，在使用中，一台增压器的20片叶片受到损伤，其中有5片叶片为顶部，其余均为异物撞击造成叶片局部掉块或出现坑点，个别叶片沿掉块尖角出开裂，裂纹长度5mm以内。

首先进行探伤检查，并手工清理裂纹，直至所有裂纹清理干净，探伤无缺陷后，打磨磨损部位，露出金属光泽，探伤无缺陷后，清洗清理部位，清理掉该区域所有污垢和氧化物。修磨成合适的坡口，使用该材料进行激光熔覆。激光熔覆参数为“功率：1600W，光斑直径：3mm，扫描速度：20mm/s，置粉厚度： 0.5mm。”使用粒度是150目的该粉末进行熔覆，成分为：Cr：10%；Ni：8%；Si:0.25%；Nb：0.3%；Y：0.3%；W：1%；B；0.8%；Co：余量。

熔覆后机械加工恢复原有螺孔的尺寸和精度，达到设计要求。经着色探伤检测无缺陷后，组装到实验台上进行试车，试车后拆卸检测，无缺陷；装机到车辆上实际运行，运行到一定公里数（为10万公里）后再次检测，仍然没有缺陷。证明该材料的韧性和强度完全符合设计指标，而且也未出现高温腐蚀现象。

实施例2。

某型号内燃机增压器动叶片，冲蚀磨损。进气边磨损深度为1mm以上，且厚度减薄需要修复。

首先进行探伤检查，确定无裂纹打磨磨损部位，露出金属光泽，探伤无缺陷后，清洗清理部位，清理掉该区域所有污垢和氧化物。使用该材料进行激光熔覆。激光熔覆参数为“功率：2500W，光斑直径：3mm，扫描速度：15mm/s，置粉厚度： 0.5mm。”使用粒度是150目的该粉末进行熔覆，成分为：Cr：15%；Ni：10%；Si:0.5%；Nb：0.5%；Y：0.2%；W：1.2%；B；1%；Co：余量。

熔覆后机械加工恢复原有尺寸和精度，达到设计要求。经着色探伤检测无缺陷后，组装到实验台上进行试车，试车后拆卸检测，无缺陷，达到设计指标。

实施例3。

某型号内燃机增压器动叶片，冲蚀磨损。排气边磨损深度为1mm以上，且厚度减薄出现毛刺，并沿毛刺尖角产生裂纹。

首先进行探伤检查，并手工清理裂纹，直至所有裂纹清理干净，探伤无缺陷后，打磨磨损部位，露出金属光泽，探伤无缺陷后，清洗清理部位，清理掉该区域所有污垢和氧化物。修磨成合适的坡口，使用该材料进行激光熔覆。激光熔覆参数为“功率：1200W，光斑直径：3mm，扫描速度：12mm/s，置粉厚度： 0.5mm。”使用粒度是150目的该粉末进行熔覆，成分为：Cr：8%；Ni：5%；Si:0.1%；Nb：0.3%；Y：0.1%；W：0.8%；B；0.5%；Co：余量。

熔覆后机械加工恢复原有尺寸和精度，达到设计要求。经着色探伤检测无缺陷后，组装到实验台上进行试车，试车后拆卸检测，无缺陷，达到设计指标。

Claims (1)

1.一种用于内燃机增压器动叶片激光修复的钴基合金粉末，其组成包括有Co、Ni、Cr、Si，其特征在于还包括有Nb、Y、W、B，其中各组分的质量百分数为：

Cr：10%，Ni：8%，Si:0.25%，Nb：0.3%，

Y：0.3%，W：1%；B；0.8%，Co：余量；或

Cr：15%，Ni：10%，Si:0.5%，Nb：0.5%，

Y：0.2%，W：1.2%，B；1%，Co：余量；或

Cr：8%，Ni：5%，Si:0.1%，Nb：0.4%，

Y：0.1%，W：0.8%，B；0.5%，Co：余量。