CN104988495B - 一种套筒类零件内壁感应熔覆再制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及再制造技术领域，公开了一种筒类零件内壁感应熔覆再制造方法，包括以下步骤：a)套筒类零件内壁表面清洁与预处理；b)在所述内壁表面预置铁基合金粉末涂层；c)制备高频感应熔覆涂层；d)感应熔覆涂层机械加工。其优点是：制备的感应熔覆再制造涂层与零件基体之间形成良好的冶金结合；再制造加工过程热影响区窄，不对基体产生热损伤；可根据内壁零件实际服役工况、失效形式和材质特性，选择镍基、铁基、钴基或轻合金涂层材料进行再制造修复；套筒类零件感应熔覆再制造以高频感应加热为熔覆热源，再制造过程中不产生废水、废气和废渣污染，对操作人员无噪音、粉尘、辐射、强光等伤害。
Description
技术领域
本发明涉及一种筒类零件内壁感应熔覆再制造方法，属于再制造技术领域，本发明可以应用于对重载履带车辆变速箱、齿轮传动箱等部件内因磨损超差的轴承座、齿套、连接齿轮等套筒类零件进行再制造修复。
背景技术
矿山机械、工程机械、特种装备以及军用武器装备等重载履带车辆服役工况苛刻、工作环境恶劣，车辆变速箱、齿轮传动箱等部件的轴、齿、坐孔、套筒类零件面临严重的冲击变形、接触疲劳以及磨粒磨损等问题，特别是由于外部灰尘、沙土等杂质进行密封***，导致座孔和套筒等零件内壁表面磨损严重，甚至由于尺寸超差而大量失效报废。
再制造是对再制造毛坯(废旧零部件)进行专业化升级改造，使其质量特性不低于原型新品水平的过程。而表面涂覆层是恢复零件表面尺寸和性能的重要手段，是恢复零件质量特性的关键。目前常用的激光熔覆、热喷涂、等离子焊接、堆焊等再制造成形加工技术主要针对外表面损伤毛坯的再制造修复，而气相沉积、电沉积等薄膜沉积技术虽然可针对零件内孔表面进行新品强化处理，但由于膜层厚度有限、且沉积效率低，无法解决因内孔大尺寸超差造成的废旧零件再制造修复问题。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种套筒类零件内壁感应熔覆再制造方法，该方法可制备与套筒类零件内壁具有冶金结合的感应熔覆耐磨涂层，实现轴承座、齿套、连接齿轮、被动齿轮等典型变速箱、齿轮传动箱零件内壁表面再制造修复。
本发明提供的套筒类零件内壁感应熔覆再制造方法，包括以下步骤：
a)套筒类零件内壁表面清洁与预处理；
b)在所述内壁表面预置铁基合金粉末涂层；
c)制备高频感应熔覆涂层；
d)感应熔覆涂层机械加工。
优选的，所述步骤a)具体为：对套筒类零件进行内壁表面清洁和打磨处理，去除表面污染物、氧化层、疲劳层和划痕损伤。
优选的：将铁基合金粉末与粘结剂混合，制成膏状物，均匀涂于所述内壁表面，之后对零件进行烘干处理，使粘结剂挥发，并使铁基合金粉末涂层与内壁表面形成物理结合。
优选的，所述烘干处理的温度设置范围为150～200℃，时间2～3小时。
优选的，所述铁基合金粉末的成分为：
C-0.1～0.3wt％，Cr-18～35wt％，B-0～4.8wt％，Si-0.5wt％～0.9wt％，Mo-1.6％～2.4wt％，Ni-15wt％～24wt％，Mn-0.5wt％～0.8wt％，Fe余量和杂质元素。
优选的，所述步骤c)具体为：将经过步骤b)处理的套筒类零件固定在竖直放置的工件转台上，使套筒类零件内壁圆柱体与感应加热线圈同轴，使用高频感应加热装置和内孔感应加热线圈所述套筒类零件内壁表面铁基合金粉末涂层进行氩气保护下的加热熔覆，停止加热并继续通保护气体冷却至200℃以下，再停止所述套筒类零件旋转和通气，自然空冷，获得与套筒类零件内壁基体具有冶金结合的高频感应熔覆涂层。
优选的，所述加热熔覆工艺参数为：功率密度20～50W/mm2、所述套筒类零件内壁表面与感应线圈间隙4～6mm、所述套筒类零件沿轴心移动速度1～5mm/s、所述套筒类零件旋转速度150～250r/min，所述套筒类零件内壁通入氩气流量1.5～3L/min。
优选的，所述步骤d)具体为：采用磨床对所述套筒类零件的内壁表面进行机械加工。
利用本发明对重载履带车辆变速箱和齿轮传动箱内套筒类零件内壁进行再制造修复，其优点是：
制备的感应熔覆再制造涂层与零件基体之间形成良好的冶金结合，涂层厚度范围在0.1～0.9mm范围可控，涂层显微硬度在340～910HV范围可调，涂层及其界面组织致密，无孔洞、夹杂、裂纹等缺陷；再制造成形层表面粗糙度低，加工余量小，铁基合金粉末利用率高；再制造加工过程热影响区窄，不对基体产生热损伤；可根据内壁零件实际服役工况、失效形式和材质特性，选择镍基、铁基、钴基或轻合金涂层材料进行再制造修复；套筒类零件感应熔覆再制造过程以工业用电为能源，不产生废水、废气和废渣污染，对操作人员无噪音、粉尘、辐射、强光等伤害；套筒类零件再制造修复成本仅为同型新品制造成本的10％，节能节材和环保效果显著。
附图说明
图1为本发明提供的一种套筒零件内壁表面铁基合金涂层XRD图谱
图2为本发明提供的一种套筒零件内壁表面铁基合金涂层SEM形貌
具体实施方式
下面以某型重载履带车辆变速箱主轴轴承座为例，结合图1说明套筒类零件感应熔覆再制造的具体方法及主要工艺参数的选择。其中，轴承座材质为45钢，硬度约为260～300HV，内孔尺寸为：Φ80mm×40mm，壁厚为8mm。
使用的感应加热电源最大输出振荡功率80kW，振荡频率80-200kHz，感应线圈有效加热长度50mm，外圆直径为Φ70mm。
实施例1
本发明一种重载履带车辆套筒类零件内壁感应熔覆再制造方法，针对内壁零件严重磨损，单边尺寸超差范围达到05～0.7mm情况下，给出的技术方案是：
(1)以丙酮为清洗剂，对待处理零件进行超声波清洗，去除内壁表面油污等污染物。
采用磨床对内壁表面进行磨削预处理，获得内壁尺寸为Φ80.75mm。
(2)将松香与松节油按照1:3的质量比混合后加热至90℃，制成粘结剂。将铁基合金粉末与粘结剂按照10:1的质量比混合并搅拌均匀，制成膏状物。借助刮刀和夹持旋转工装，将制得的膏状粉末/粘结剂混合物均匀涂于经过步骤(1)处理后的零件内壁表面，厚度约为1.0mm。将零件放入鼓风干燥箱中进行烘干处理，烘干温度设置为180℃，时间2小时，使预置涂层内部的松节油挥发。
使用铁基合金粉末粒度为300～500目，成分为：C-0.11wt％，Cr-18.5wt％，B-0，Si-0.9wt％，Mo-2.3wt％，Ni-23.4wt％，Mn-0.75wt％，Fe余量和不可避免的杂质元素。
(3)制备高频感应熔覆涂层：将经过步骤(2)处理的零件固定在竖直放置的工件转台上，使零件内壁圆柱体与感应加热线圈同轴，使用高频感应加热装置和内孔感应加热线圈对过步骤(2)处理的零件内壁表面预置涂层进行氩气保护下的加热熔覆，停止加热并继续通保护气体冷却至200℃以下，再停止零件旋转和通气，自然空冷，获得与零件内壁基体具有冶金结合的高频感应熔覆涂层。感应熔覆工艺参数如下：功率密度25W/mm2、零件内壁表面与感应线圈间隙5mm、零件沿轴心移动速度1.5mm/s、零件旋转速度200r/min，零件内壁通入氩气流量2.0L/min。
(4)感应熔覆涂层机械加工：根据零件配合精度和尺寸要求，采用磨床对内壁表面进行机械加工，零件内壁表面粗糙度达到▽6，内壁尺寸达到Φ80(+0.035)，使零件内壁表面达到原型新品的质量特性。
经上述方法在零件内壁表面获得的铁基合金涂层平均厚度为0.87～0.92mm，涂层表面硬度340～370HV，涂层与零件基体界面实现冶金结合，涂层孔隙率0.7％以下。涂层相结构的X射线衍射分析(XRD)图谱如图1所示；涂层截面显微组织结构如图2所示。从本实施例的结果可以看出，采用本实施例的方法能够在零件内壁表面制备具有冶金结合特征的铁基自熔性合金厚涂层，涂层内部孔隙率低，涂层与基体结合良好，涂层组织呈典型等轴晶特征，涂层内部主要由硬质相Cr7C3、碳化物(Fe,Cr)7C3和α-Fe构成，碳化物的含量不高，α-Fe中固溶了大量的Cr、Ni以及少量的Si、C等元素。
实施例2
本发明一种重载履带车辆套筒类零件内壁感应熔覆再制造方法，针对内壁零件中度磨损，单边尺寸超差范围达到0.5～0.3mm情况下，给出的技术方案是：
(1)以丙酮为清洗剂，对待处理零件进行超声波清洗，去除内壁表面油污等污染物。
采用磨床对内壁表面进行磨削预处理，获得内壁尺寸为Φ80.55mm。
(2)将松香与松节油按照1:3的质量比混合后加热至90℃，制成粘结剂。将铁基合金粉末与粘结剂按照10:1的质量比混合并搅拌均匀，制成膏状物。借助刮刀和夹持旋转工装，将制得的膏状粉末/粘结剂混合物均匀涂于经过步骤(1)处理后的零件内壁表面，厚度约为0.75mm。将零件放入鼓风干燥箱中进行烘干处理，烘干温度设置为180℃，时间2小时，使预置涂层内部的松节油挥发。
使用铁基合金粉末粒度为300～500目，成分为：C-0.13wt％，Cr-21.1wt％，B-1.6，Si-0.84wt％，Mo-2.09wt％，Ni-21.3wt％，Mn-0.62wt％，Fe余量和不可避免的杂质元素。
(3)制备高频感应熔覆涂层：将经过步骤(2)处理的零件固定在竖直放置的工件转台上，使零件内壁圆柱体与感应加热线圈同轴，使用高频感应加热装置和内孔感应加热线圈对过步骤(2)处理的零件内壁表面预置涂层进行氩气保护下的加热熔覆，停止加热并继续通保护气体冷却至200℃以下，再停止零件旋转和通气，自然空冷，获得与零件内壁基体具有冶金结合的高频感应熔覆涂层。感应熔覆工艺参数如下：功率密度30W/mm2、零件内壁表面与感应线圈间隙5mm、零件沿轴心移动速度2.0mm/s、零件旋转速度200r/min，零件内壁通入氩气流量2.0L/min。
(4)感应熔覆涂层机械加工：根据零件配合精度和尺寸要求，采用磨床对内壁表面进行机械加工，零件内壁表面粗糙度达到▽6，内壁尺寸达到Φ80(+0.035)，使零件内壁表面达到原型新品的质量特性。
经上述方法在零件内壁表面获得的铁基合金涂层平均厚度为0.62～0.65mm，涂层硬度为560～620HV，涂层与零件基体界面实现冶金结合，涂层孔隙率0.7％以下。采用本实施例的方法能够在零件内壁表面制备具有冶金结合特征的铁基自熔性合金厚涂层，涂层内部孔隙率低，涂层与基体结合良好。同实施例一所获得的涂层相比，本实施例的方法获得的涂层相结构增加了硼化物相，涂层主要构成为(Fe,Cr)7(C,B)3等硼化物，α-Fe和FeB(以及少量的Fe2B)共晶组织，同时α-Fe中固溶了大量的Cr、Ni以及少量的Si、C等元素。
实施例3
本发明一种重载履带车辆套筒类零件内壁感应熔覆再制造方法，针对内壁零件轻度磨损，单边尺寸超差范围达到0.3～0.1mm情况下，给出的技术方案是：
(1)以丙酮为清洗剂，对待处理零件进行超声波清洗，去除内壁表面油污等污染物。
采用磨床对内壁表面进行磨削预处理，获得内壁尺寸为Φ80.35mm。
(2)将松香与松节油按照1:3的质量比混合后加热至90℃，制成粘结剂。将铁基合金粉末与粘结剂按照10:1的质量比混合并搅拌均匀，制成膏状物。借助刮刀和夹持旋转工装，将制得的膏状粉末/粘结剂混合物均匀涂于经过步骤(1)处理后的零件内壁表面，厚度约为0.5mm。将零件放入鼓风干燥箱中进行烘干处理，烘干温度设置为180℃，时间2小时，使预置涂层内部的松节油挥发。
使用铁基合金粉末粒度为300～500目，成分为：C-0.19wt％，Cr-25.8wt％，B-3.2，Si-0.76wt％，Mo-1.92wt％，Ni-20.1wt％，Mn-0.57wt％，Fe余量和不可避免的杂质元素。
(3)制备高频感应熔覆涂层：将经过步骤(2)处理的零件固定在竖直放置的工件转台上，使零件内壁圆柱体与感应加热线圈同轴，使用高频感应加热装置和内孔感应加热线圈对过步骤(2)处理的零件内壁表面预置涂层进行氩气保护下的加热熔覆，停止加热并继续通保护气体冷却至200℃以下，再停止零件旋转和通气，自然空冷，获得与零件内壁基体具有冶金结合的高频感应熔覆涂层。感应熔覆工艺参数如下：功率密度40W/mm2、零件内壁表面与感应线圈间隙5mm、零件沿轴心移动速度3.0mm/s、零件旋转速度200r/min，零件内壁通入氩气流量2.0L/min。
(4)感应熔覆涂层机械加工：根据零件配合精度和尺寸要求，采用磨床对内壁表面进行机械加工，零件内壁表面粗糙度达到▽6，内壁尺寸达到Φ80(+0.035)，使零件内壁表面达到原型新品的质量特性。
经上述方法在零件内壁表面获得的铁基合金涂层平均厚度为0.39～0.42mm，涂层硬度为670～710HV，涂层与零件基体界面实现冶金结合，涂层孔隙率0.7％以下。采用本实施例的方法能够在零件内壁表面制备具有冶金结合特征的铁基自熔性合金厚涂层，涂层内部孔隙率低，涂层与基体结合良好。同实施例二所获得的涂层相比，本实施例的方法获得的涂层中硼化物相进一步增多，涂层主要构成为(Fe,Cr)7(C,B)3等硼化物，α-Fe和FeB(以及少量的Fe2B)共晶组织，同时α-Fe中固溶了大量的Cr、Ni以及少量的Si、C等元素。
实施例4
本发明一种重载履带车辆套筒类零件内壁感应熔覆再制造方法，针对内壁零件轻微磨损，单边尺寸超差小于0.1mm情况下，给出的技术方案是：
(1)以丙酮为清洗剂，对待处理零件进行超声波清洗，去除内壁表面油污等污染物。
采用磨床对内壁表面进行磨削预处理，获得内壁尺寸为Φ80.15mm。
(2)将松香与松节油按照1:3的质量比混合后加热至90℃，制成粘结剂。将铁基合金粉末与粘结剂按照10:1的质量比混合并搅拌均匀，制成膏状物。借助刮刀和夹持旋转工装，将制得的膏状粉末/粘结剂混合物均匀涂于经过步骤(1)处理后的零件内壁表面，厚度约为0.3mm。将零件放入鼓风干燥箱中进行烘干处理，烘干温度设置为180℃，时间2小时，使预置涂层内部的松节油挥发。
使用铁基合金粉末粒度为300～500目，成分为：C-0.32wt％，Cr-33.7wt％，B-4.8，Si-0.69wt％，Mo-1.65wt％，Ni-17.85wt％，Mn-0.50wt％，Fe余量和不可避免的杂质元素。
(3)制备高频感应熔覆涂层：将经过步骤(2)处理的零件固定在竖直放置的工件转台上，使零件内壁圆柱体与感应加热线圈同轴，使用高频感应加热装置和内孔感应加热线圈对过步骤(2)处理的零件内壁表面预置涂层进行氩气保护下的加热熔覆，停止加热并继续通保护气体冷却至200℃以下，再停止零件旋转和通气，自然空冷，获得与零件内壁基体具有冶金结合的高频感应熔覆涂层。感应熔覆工艺参数如下：功率密度50W/mm2、零件内壁表面与感应线圈间隙5mm、零件沿轴心移动速度4.5mm/s、零件旋转速度200r/min，零件内壁通入氩气流量2.0L/min。
(4)感应熔覆涂层机械加工：根据零件配合精度和尺寸要求，采用磨床对内壁表面进行机械加工，零件内壁表面粗糙度达到▽6，内壁尺寸达到Φ80(+0.035)，使零件内壁表面达到原型新品的质量特性。
经上述方法在零件内壁表面获得的铁基合金涂层平均厚度为0.21～0.24mm，涂层硬度为870～910HV，涂层与零件基体界面实现冶金结合，涂层孔隙率0.7％以下。采用本实施例的方法能够在零件内壁表面制备具有冶金结合特征的铁基自熔性合金厚涂层，涂层内部孔隙率低，涂层与基体结合良好。同实施例三所获得的涂层相比，本实施例的方法获得的涂层中硼化物相进一步增多，涂层主要构成为(Fe,Cr)7(C,B)3等硼化物，α-Fe和FeB(以及少量的Fe2B)共晶组织，同时α-Fe中固溶了大量的Cr、Ni以及少量的Si、C等元素。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种套筒类零件内壁感应熔覆再制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)套筒类零件内壁表面清洁与预处理；
b)将铁基合金粉末与粘结剂混合，制成膏状物，均匀涂于所述内壁表面，之后对零件进行烘干处理，使粘结剂挥发，并使铁基合金粉末涂层与内壁表面形成物理结合；所述铁基合金粉末的成分为：
C-0.1～0.3wt％，Cr-18～35wt％，B-0～4.8wt％，Si-0.5wt％～0.9wt％，Mo-1.6％～2.4wt％，Ni-15wt％～24wt％，Mn-0.5wt％～0.8wt％，Fe余量和杂质元素；
c)制备高频感应熔覆涂层；
d)感应熔覆涂层机械加工。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)具体为：对套筒类零件进行内壁表面清洁和打磨处理，去除表面污染物、氧化层、疲劳层和划痕损伤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烘干处理的温度设置范围为150～200℃，时间2～3小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c)具体为：将经过步骤b)处理的套筒类零件固定在竖直放置的工件转台上，使套筒类零件内壁圆柱体与感应加热线圈同轴，使用高频感应加热装置和内孔感应加热线圈所述套筒类零件内壁表面铁基合金粉末涂层进行氩气保护下的加热熔覆，停止加热并继续通保护气体冷却至200℃以下，再停止所述套筒类零件旋转和通气，自然空冷，获得与套筒类零件内壁基体具有冶金结合的高频感应熔覆涂层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加热熔覆工艺参数为：功率密度20～50W/mm2、所述套筒类零件内壁表面与感应线圈间隙4～6mm、所述套筒类零件沿轴心移动速度1～5mm/s、所述套筒类零件旋转速度150～250r/min，所述套筒类零件内壁通入氩气流量1.5～3L/min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤d)具体为：采用磨床对所述套筒类零件的内壁表面进行机械加工。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |