CN111945155A - 基于30CrMnSiA钢的双筒同步送粉熔化沉积复合熔覆层的方法 - Google Patents
基于30CrMnSiA钢的双筒同步送粉熔化沉积复合熔覆层的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于30CrMnSiA钢的双筒同步送粉熔化沉积复合熔覆层的方法,所述方法包括:选取合金粉末,所述合金粉末包括316奥氏体不锈钢金属球形粉末和WC金属球形粉末;对待熔覆工件进行预热,预热温度为500‑690℃;设定激光熔覆工艺参数,对待熔覆工件表面进行激光熔覆,形成复合熔覆层。本发明采用方向性、相干性及亮度较好的高能密度激光束作为能量输入,实现整个加工过程的快冷快热,在30CrMnSiA钢基材上实现微冶金熔覆改性。
Description
技术领域
本发明属于激光熔化沉积技术领域,涉及一种基于30CrMnSiA钢的双筒同步送粉熔化沉积,实现表面改性的工艺方法。
背景技术
30CrMnSiA钢属于中碳调制钢,强度高,焊接性能较好,大量用于制造轴类、活塞类零件,但在构件的使用过程中暴露出耐磨性、耐腐蚀性差的问题,构件的使用寿命大大缩短。因此,需要对其表面进行改性,以提高其抗耐磨性能。
发明内容
本发明的目的:提供一种基于30CrMnSiA钢的双筒同步送粉(316/WC)熔化沉积实现表面改性的工艺方法,可有效提升构的整体耐磨性、耐腐蚀性。
本发明的技术方案:提供一种基于30CrMnSiA钢的双筒同步送粉熔化沉积复合熔覆层的方法,所述方法包括:
选取合金粉末,所述合金粉末包括316奥氏体不锈钢金属球形粉末和WC金属球形粉末;
对待熔覆工件进行预热,预热温度为500-690℃;
设定激光熔覆工艺参数,对待熔覆工件表面进行激光熔覆,形成复合熔覆层;
其中,所述工艺参数中:激光功率为4000-4500W、离焦量为13-17mm、激光扫描速度为500-800mm/min、激光光斑为边长3mm的方形光斑;熔覆层的搭接率为30%~50%,单道熔覆层的厚度为0.2-0.8mm;316奥氏体不锈钢金属球形粉末的载气流量为5-8L/min、送粉速率为8-20g/min,WC金属粉末的载气流量为3-5L/min、送粉速率为8-20g/min;316奥氏体不锈钢金属球形粉末和WC金属球形粉末同步送粉;
对待熔覆工件完成激光熔覆后进行热处理,热处理温度为200-500℃,以消除激光熔覆产生的热应力。
进一步地,所述316奥氏体不锈钢金属球形粉末和WC金属球形粉末需满足的技术要求为:外观呈均匀银灰色、粒径53~89μm、流动性大于等于40s/50g、球形度大于95%、卫星粉含量小于等于0.5%、含氧量小于等于300ppm。
进一步地,在激光熔覆前,对合金粉末进行真空烘干处理,避免金属粉末吸潮。
进一步地,在对待熔覆工件进行预热前,所述方法还包括,对待熔覆工件的待熔覆区域进行机械加工、打磨,以去除待熔覆工件表面的毛刺、损伤部位。
进一步地,在去除待熔覆工件表面的毛刺、损伤部位之后,激光熔覆之前,所述方法还包括,采用无水乙醇或者丙酮对待熔覆工件的待熔覆区域表面进行清洗,以去除油脂、脏污。
进一步地,在进行激光熔覆时,先吹送金属粉末,并采用纯度为99.99%的氩气进行保护,然后在设定时间后,开启激光器,对待熔覆区域进行激光熔覆;
对修复冷却区域,采用纯度为99.95%的氮气进行保护。
进一步地,在激光熔覆之后,完成热处理后,所述方法还包括,
对熔覆区域进行无损检测;若熔覆区域存在气孔、夹杂类缺陷,去除熔覆层,重新进行激光熔覆。
进一步地,在激光熔覆之后,完成热处理后,所述方法还包括,
对工件熔覆区域进行打磨抛光,以满足工件表面粗糙度要求;
对熔覆工件的熔覆区域选取样本,进行耐磨、金相、盐雾试验。
进一步地,对激光熔覆过程中,夹持待熔覆工件的工装进行表面清洗,避免污染待熔覆工件。
本发明的技术效果:
采用方向性、相干性及亮度较好的高能密度激光束作为能量输入,实现整个加工过程的快冷快热,在30CrMnSiA钢基材上实现微冶金熔覆改性;
由于快冷快热的加工方式,基材表面熔化量较小,熔覆层的稀释度较低,熔覆层完全消除了气孔、粉末残留、异物夹杂等缺陷,充分保证了质量及性能,且与整个基材的结合度较好;
采用双筒同步式送粉设备,同步吹送316奥氏体不锈钢金属球形粉末及WC金属粉末(利用316金属粉末的耐蚀性好以及WC粉末的耐磨性好等特点),通过工艺参数控制,灵活控制单层熔覆层在0.2-0.8mm左右的范围内,形成高强度、高耐蚀性的复合熔覆层;熔覆后,整个构件的耐磨性、耐蚀性大大优于原构件,预计可延寿使用不低于30%。
具体实施方式
实施例1
本实施例,提供一种基于30CrMnSiA钢的双筒同步送粉熔化沉积,实现表面改性的工艺方法,所述方法包括以下步骤:
第一步:按30CrMnSiA钢构件的图纸,对待熔覆区域进行记录、分析,熔覆设备经拓扑优化,形成最优的熔覆路线。本实施例的工件为30CrMnSiA钢构件。
第二步:在激光熔覆加工前,对工件的待熔覆区域需要完成所有的机械加工或打磨,如:去除毛刺、去除损伤部位等,避免毛刺、损伤部位影响熔覆层性能。
第三步:采用无水乙醇或者丙酮对工件的待熔覆区域表面进行清洗,保证熔覆区域表面无油脂、脏污。待熔覆区域表面的激光熔覆加工应在清洗完成8h内完成,否则需重新进行表面清洗。若工件清洗后,长时间不进行激光熔覆,工件表面容易形成氧化层、脏污等,影响激光熔覆效果。
第四步:激光熔覆时,装夹用的工装应用机械或化学的方法进行处理,特别是靠近熔覆区域20-50mm范围内,工装表面不可有油污、锈斑、易熔金属等影响熔覆质量或过程的污染物。选用适合的工装将待熔覆工件装夹在工作台上,装夹时应注意不要擦伤、磕碰零件。
第五步:选用气雾化法制备的316奥氏体不锈钢金属球形粉末和WC金属球形粉末,上述两种金属球形粉末的技术要求如下:外观呈均匀银灰色,化学成分满足材料技术标准;粒径53~89μm、流动性≥40s/50g、球形度大于95%、卫星粉含量≤0.5%、含氧量≤300ppm。金属粉末的粒径均匀性和粒径大小、流动性等与激光熔覆层的厚度均匀性、缺陷多少正相关。
第六步:激光熔覆前对上述两种合金粉末进行真空烘干处理(加热温度120℃,时间1h),以减少粉末吸潮对熔覆质量带来的不良影响。
第七步:根据30CrMnSiA基体材料的牌号对工件选择合适的温度进行预热,预热温度应保证材料组织不发生变化,并且尽量减少局部受热产生热应力的影响;预热温度选择500-690℃,保温时间不少于10min,激光熔覆前取出待加工构件。
第八步:设定激光熔覆工艺参数:激光功率为4000-4500W、离焦量15±2mm、扫描速度500-800mm/min、光斑为边长3mm的方形光斑、保护气体流量为5-8L/min;单道熔覆层的搭接率为30%~50%,单道熔覆层厚度为0.2-0.8mm;316奥氏体不锈钢金属球形粉末的载气流量5-8L/min、送粉速率为8-20g/min,WC金属球形粉末的载气流量为3-5L/min、送粉速率为8-20g/min;实现两种金属粉末按一定比例吹送。
第九步:运行程序进行熔覆:首先采用同步送粉方式,先吹送两种金属粉末,采用99.99%纯度的氩气进行保护,在距离同轴5~8mm的侧面增加使用纯度为99.95%的氮气对修复冷却区域进行保护(气体流量为5-8L/min),在8-15秒后开启激光器(激光器的功率输出要求为:50%~100%,实际输出功率稳定性不小于3%)对待熔覆区域进行激光熔覆。
第十步:完成激光熔覆后2h内对工件进行热处理,热处理温度:200-500℃,目的是消除修复应力。
第十一步:对工件的熔覆区域进行无损检测(荧光、磁粉、X射线和超声波),熔覆部位应无气孔、夹杂等缺陷;如果发现缺陷,需将熔覆部位通过机械加工的方式去除,重新进行熔覆。
第十二步:将熔覆完成后的工件通过打磨抛光的方式加工,满足零件表面粗糙度的要求。
第十三步:选取工件的样件进行耐磨、金相、盐雾等检测试验,满足要求后验收入库;如不符合要求,需将熔覆部位通过机械加工的方式去除,重新进行熔覆,只允许重复熔覆1次。
第十四步:工件完成熔覆、热处理、打磨抛光后检验合格,应对整个工件进行表面防护处理,做好熔覆记录并存档,内容包括:数量、尺寸、位置、熔覆工艺参数、熔覆次数、检验结论等。
Claims (9)
1.一种基于30CrMnSiA钢的双筒同步送粉熔化沉积复合熔覆层的方法,其特征在于,所述方法包括:
选取合金粉末,所述合金粉末包括316奥氏体不锈钢金属球形粉末和WC金属球形粉末;
对待熔覆工件进行预热,预热温度为500-690℃;
设定激光熔覆工艺参数,对待熔覆工件表面进行激光熔覆,形成复合熔覆层;
其中,所述工艺参数中:激光功率为4000-4500W、离焦量为13-17mm、激光扫描速度为500-800mm/min、激光光斑为边长3mm的方形光斑;单道熔覆层的搭接率为30%~50%,单道熔覆层的厚度为0.2-0.8mm;316奥氏体不锈钢金属球形粉末的载气流量为5-8L/min、送粉速率为8-20g/min,WC金属粉末的载气流量为3-5L/min、送粉速率为8-20g/min;316奥氏体不锈钢金属球形粉末和WC金属球形粉末同步送粉;
对待熔覆工件完成激光熔覆后进行热处理,热处理温度为200-500℃,以消除激光熔覆产生的热应力。
2.根据权利要求1所述的双筒同步送粉熔化沉积复合熔覆层的方法,其特征在于,所述316奥氏体不锈钢金属球形粉末和WC金属球形粉末需满足的技术要求为:外观呈均匀银灰色、粒径53~89μm、流动性大于等于40s/50g、球形度大于95%、卫星粉含量小于等于0.5%、含氧量小于等于300ppm。
3.根据权利要求2所述的双筒同步送粉熔化沉积复合熔覆层的方法,其特征在于,在激光熔覆前,对合金粉末进行真空烘干处理,避免金属粉末吸潮。
4.根据权利要求1所述的双筒同步送粉熔化沉积复合熔覆层的方法,其特征在于,在对待熔覆工件进行预热前,所述方法还包括,对待熔覆工件的待熔覆区域进行机械加工、打磨,以去除待熔覆工件表面的毛刺、损伤部位。
5.根据权利要求4所述的双筒同步送粉熔化沉积复合熔覆层的方法,其特征在于,在去除待熔覆工件表面的毛刺、损伤部位之后,激光熔覆之前,所述方法还包括,采用无水乙醇或者丙酮对待熔覆工件的待熔覆区域表面进行清洗,以去除油脂、脏污。
6.根据权利要求1所述的双筒同步送粉熔化沉积复合熔覆层的方法,其特征在于,在进行激光熔覆时,先吹送金属粉末,并采用纯度为99.99%的氩气进行保护,然后在设定时间后,开启激光器,对待熔覆区域进行激光熔覆;
对修复冷却区域,采用纯度为99.95%的氮气进行保护。
7.根据权利要求1所述的双筒同步送粉熔化沉积复合熔覆层的方法,其特征在于,在激光熔覆之后,完成热处理后,所述方法还包括,
对熔覆区域进行无损检测;若熔覆区域存在气孔、夹杂类缺陷,去除熔覆层,重新进行激光熔覆。
8.根据权利要求7所述的双筒同步送粉熔化沉积复合熔覆层的方法,其特征在于,在激光熔覆之后,完成热处理后,所述方法还包括,
对工件熔覆区域进行打磨抛光,以满足工件表面粗糙度要求;
对熔覆工件的熔覆区域选取样本,进行耐磨、金相、盐雾试验。
9.根据权利要求1所述的双筒同步送粉熔化沉积复合熔覆层的方法,其特征在于,对激光熔覆过程中,夹持待熔覆工件的工装进行表面清洗,避免污染待熔覆工件。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113878120A (zh) * | 2021-09-18 | 2022-01-04 | 航发优材(镇江)增材制造有限公司 | 一种飞机用滚筒槽尖磨损的激光直接沉积修复工艺方法 |
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