專利名稱：軋機牌坊激光熔覆專用復合合金材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于材料科學范疇，特別是ー種H型鋼軋機球磨鑄鐵牌坊激光熔覆專用的復合合金材料。
背景技術：
H型鋼軋機牌坊是冶金連軋線上的關鍵零部件，一般為球墨鑄鐵材質(zhì)。連軋線中實現(xiàn)軋制功能的所有部件全部集中安裝于ー對牌坊間，它決定了整條連軋線的定位基準。在鋼鐵生產(chǎn)過程中，熱軋機械設備的エ況十分惡劣。特別是軋制過程中，軋輥通過軸承座對牌坊的沖擊カ特別大。加上軋制冷卻水的迅速霧化，并夾帶著從輥坯表面脫落的氧化鐵粉末向四周噴射。使軋機牌坊工作面同時受到軋制的沖擊、冷卻水的腐蝕和氧化粉塵的磨粒沖刷磨損，造成牌坊工作面腐蝕、磨損嚴重。使牌坊與襯板不能完全貼合，引起牌坊螺栓連接局部應カ集中，螺絲孔易產(chǎn)生裂紋，進而導致牌坊嚴重失效而報廢。另外發(fā)生失效的牌坊嚴重影響軋制H型鋼材的質(zhì)量，給軋鋼生產(chǎn)和企業(yè)效益帶來很大經(jīng)濟損失。對于失效的H型鋼軋機牌坊，由于其材質(zhì)是球墨鑄鐵的，無法用普通的焊接方法進行修復，廠家只能選擇定期更換的方法。ー套H型鋼軋機牌坊單重約幾噸，頻繁更換牌坊既造成停產(chǎn)損失，又造成經(jīng)濟損失。激光熔覆是ー項新興的高科技加工技木，作為ー種先進的再制造技木，隨著激光器功率和穩(wěn)定性的不斷提高，得到了迅速推廣和廣泛應用。激光熔覆是在金屬表面獲得與基體牢固冶金結合，且無氣孔、裂紋等缺陷的高性能表面覆層的先進再制造技術，它可以將高熔點的合金材料熔覆在低熔點的基材表面，也可以在低成本基材上制備出高性能的表面涂層，以取代大量高級、高性能的整體材料，節(jié)約貴重金屬，降低零部件成本。激光熔覆技術解決了振動焊、氬弧焊、噴涂、鍍層等傳統(tǒng)修理方法無法解決的材料選用局限性、エ藝過程熱應力、熱變形、材料晶粒粗大、基體材料結合強度難以保證的矛盾。為產(chǎn)品再制造和失效零部件的修復提供了一種技術獨特、先進有效的方法。將激光熔覆這種先進的再制造技術，結合抗氧化耐腐蝕耐磨損鈷基合金粉末，可以對失效的H型鋼軋機球墨鑄鐵牌坊進行成功修復，使其恢復并提高使用功能。關鍵問題是尋求或提供激光熔覆所需要的合適的合金粉末材料，該粉末材料除具有所需的特殊性能夕卜，還要適合大面積激光熔覆。目前關于利用激光熔覆或激光再制造エ藝進行設備零部件修復的專利和報道已很多，但國內(nèi)尚無先例，國外也沒有見到專用于球墨鑄鐵牌坊工作表面大面積激光再制造的合金材料的相關報道，國內(nèi)外市場上目前還沒有這種具有特殊屬性和特殊性能的合金粉末商品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術中的空缺，提供ー種硬度較高、抗氧化、耐腐蝕、耐磨損、具有優(yōu)越熔覆性能、適合大面積熔覆的H型鋼軋機球墨鑄鐵牌坊激光熔覆專用復合合金材料。
實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用以下技術方案一種軋機牌坊激光熔覆專用復合合金材料，該復合合金材料包括過渡層材料和功能層材料；在進行激光熔覆過程中，在軋機牌坊エ作面上先熔覆ー層與球墨鑄鐵基材浸潤良好的過渡層材料，再熔覆ー層能夠提高工作面表面耐蝕耐磨性的功能層材料，其中
a、所述的過渡層材料中各化學成分及其重量百分比為C0.03-0. 08%, Cu22_25%，Crl. 0-3. 0%, FeO. 5-1. 5%, Sil. 5-2. 5%, BO. 6-1. 6%, CeO. 2-0. 6%，其余為 Ni ；
b、所述的功能層材料中各化學成分及其重量百分比為C1.2-1.6%，Sil. 0-1.5%，Cr28-32%, W8. 0-10. 0%, Ni3. 0-4. 5%, Fe2. 0-3. 0%, HfO. 2-0. 6%，其余為 Co。這種復合合金材料應用于球墨鑄鐵材質(zhì)的軋機牌坊。 本發(fā)明所公開的這種復合合金材料是專用于H型鋼軋機球墨鑄鐵牌坊激光熔覆。通過激光熔覆的加工方式，在失效的H型鋼軋機鑄鐵牌坊工作面上，形成硬度較高、抗氧化、耐腐蝕、耐磨損、具有較高強度且熔覆性能優(yōu)越的復合合金覆層，解決了失效球墨鑄鐵牌坊快速成功修復的技術難題，為冶金行業(yè)成功修復失效后的H型鋼軋機球墨鑄鐵牌坊，并提高耐腐蝕耐磨損性能，提供了ー種行之有效、經(jīng)濟適用的激光熔覆專用復合合金粉末材料和修復方法。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明做進ー步說明。本發(fā)明所公開的這種軋機牌坊激光熔覆專用復合合金材料包括過渡層材料和功能層材料。在進行激光熔覆過程中，在軋機牌坊工作面上，利用激光熔覆技術，先熔覆ー層與球墨鑄鐵基材浸潤良好的過渡層材料作為過渡，再熔覆ー層能夠提高工作面表面耐蝕耐磨性的功能層材料，實現(xiàn)失效球墨鑄鐵軋機牌坊激光修復與再制造。這種復合合金材料應用于球墨鑄鐵材質(zhì)的軋機牌坊。a、過渡層材料中各化學成分及其重量百分比為CO. 03-0. 08%, Cu22_25%，Crl. 0-3. 0%, FeO. 5-1. 5%, Sil. 5-2. 5%, BO. 6-1. 6%, CeO. 2-0. 6%，其余為 Ni。在 NiCu 合金基礎上通過添加Fe、Cr、B、Si元素，降低合金熔點，形成自溶合金，強化合金基體并改善熔覆性能；添加微量稀土元素Ce進行基體晶粒細化和晶界強化，形成適合于球墨鑄鐵激光熔覆專用的打底過渡層粉末材料。通過添加合金基體強化元素、晶粒細化和晶界強化元素，并調(diào)整元素的百分含量，使過渡層合金獲得優(yōu)越的綜合性能，并適合和滿足在球墨鑄鐵基材上實現(xiàn)良好熔覆。從而實現(xiàn)了合金在具有較高硬度和強度的同時，又降低了合金熔點。從根本上解決并提高了過渡材料的抗裂性、成型性、表面平整性、エ藝穩(wěn)定性和成分均勻性，進而完美實現(xiàn)了合金粉末在球墨鑄鐵基材上形成的熔覆過渡層。b、功能層材料中各化學成分及其重量百分比為Cl. 2-1.6%，Sil. 0-1.5%，Cr28-32%,W8. 0-10. 0%,Ni3. 0-4. 5%, Fe2. 0-3. 0%, HfO. 2-0. 6%，其余為 Co。在 CoCrW 合金基礎上通過添加Ni、Fe、C、Si元素，形成自溶合金，進行合金基體強化并改善熔覆性能；添加微量稀土元素Hf進行基體晶粒細化和晶界強化，形成適合于激光熔覆的、具有優(yōu)良耐蝕耐磨性能的功能層粉末材料。通過添加合金基體強化元素、晶粒細化和晶界強化元素，并調(diào)整元素的百分含量，使功能層合金獲得優(yōu)越的綜合性能，并適合在與球墨鑄鐵基材過渡后的打底層上實現(xiàn)良好熔覆。從而實現(xiàn)了合金在具有較高硬度和強度的同時，又降低了合金熔點。從根本上解決并提高了功能材料的抗裂性、成型性、表面平整性、エ藝穩(wěn)定性和成分均勻性，進而完美實現(xiàn)了合金粉末在球墨鑄鐵基材上形成的復合熔覆功能層。該復合合金材料中的過渡層材料和功能層材料均經(jīng)真空熔煉、真空霧化、篩選，其篩選粒度是-100+270目。因此，過渡層合金材料和功能層合金材料分別為合金粉末。本發(fā)明H型鋼軋機球墨鑄鐵牌坊激光熔覆專用復合材料中的鎳基和鈷基合金粉末，在實際操作中可以采用5000W CO2激光器，結合加工機床，在牌坊工作面表面進行激光熔覆。熔覆基本エ藝參數(shù)是功率3800-4400W，焦距280-320mm，光斑直徑3· 0-4. Omm,掃描速度480-600mm/min，置粉厚度0· 8-1. 2mm，搭接率30_50%。本發(fā)明的優(yōu)點還在干 (1)H型鋼軋機球墨鑄鐵牌坊激光熔覆專用復合材料中的鎳基合金，是在NiCu合金基礎上通過添加合金基體強化元素、晶粒細化和晶界強化元素，并調(diào)整各元素的重量百分比。以多種強化手段，強化合金基體，又改進了晶界質(zhì)量，使合金獲得良好的綜合性能，形成適合于球墨鑄鐵激光熔覆專用的打底層粉末材料；
(2)H型鋼軋機球墨鑄鐵牌坊激光熔覆專用復合材料中的鈷基合金，是在鈷鉻鎢合金基礎上，通過添加合金基體強化元素、晶粒細化和晶界強化元素，并調(diào)整各元素的重量百分比。以多種強化手段，強化合金基體，又改進了熔覆層質(zhì)量，使合金獲得良好的綜合性能。從而實現(xiàn)了合金在具有較高硬度和較高強度的同時，又降低了合金熔點，増加了抗氧化、耐腐蝕、耐磨損性能。從根本上解決并提高了合金粉末在激光熔覆層中的抗裂性、成型性、エ藝穩(wěn)定性和成分均勻性，形成適合于球墨鑄鐵激光熔覆專用的功能層粉末材料；
(3)該復合粉末材料適用于H型鋼軋機球墨鑄鐵牌坊大面積失效工作面的激光熔覆。通過熔覆該復合合金材料，使H型鋼軋機球墨鑄鐵牌坊不僅恢復了使用，而且提高了抗氧化、耐腐蝕、耐磨損性能。有效解決了失效的H型鋼軋機球墨鑄鐵牌坊的修復難題，減少了更換次數(shù)，為冶金軋鋼行業(yè)成功修復失效后的球墨鑄鐵牌坊，提供了一種行之有效、經(jīng)濟適用的便捷方法和激光熔覆球墨鑄鐵的復合合金粉末材料，激光應用市場廣闊，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。實施例用熔覆性能穩(wěn)定的國產(chǎn)5000W CO2激光器和實際設計生產(chǎn)的球墨鑄鐵激光熔覆專用的復合合金粉末材料，對國內(nèi)某鋼鐵公司失效的H型鋼軋機球墨鑄鐵牌坊工作面進行激光熔覆修復。安裝使用后效果良好，耐磨耐蝕性能大幅提高，延長了牌坊更換周期，獲得用戶的贊譽。設計的打底層鎳基合金元素的重量百分數(shù)是
C: O. 04%; Si :1.8%; B: O. 9%; Cu: 22. 8% ；Cr: I. 6% ； Fe: O. 6%; Ce :0. 3% ;
Ni:余量。設計的功能層鈷基合金元素的重量百分數(shù)是
C: I. 2%; Si :1.2%; Cr: 30% ；ff: 8. 5%; Ni: 3. 4% ；Fe: 2. 2%; Hf :0. 2% ;Co:余量。其熔覆エ藝參數(shù)是功率4000W，焦距300mm，光斑直徑3. 5mm，掃描速度480mm/min，置粉厚度0. 8_，搭接率35%。
權利要求
1.一種軋機牌坊激光熔覆專用復合合金材料，其特征在于，該復合合金材料包括過渡層材料和功能層材料；在進行激光熔覆過程中，在軋機牌坊工作面上先熔覆一層與球墨鑄鐵基材浸潤良好的過渡層材料，再熔覆一層能夠提高工作面表面耐蝕耐磨性的功能層材料，其中 a、所述的過渡層材料中各化學成分及其重量百分比為C0.03-0. 08%, Cu22_25%，Crl. 0-3. 0%, FeO. 5-1. 5%, Sil. 5-2. 5%, BO. 6-1. 6%, CeO. 2-0. 6%，其余為 Ni ； b、所述的功能層材料中各化學成分及其重量百分比為C1.2 -1. 6 %，Sil. 0-1. 5%,Cr28-32%, W8. 0-10. 0%, Ni3. 0-4. 5%, Fe2. 0-3. 0%, HfO. 2-0. 6%，其余為 Co。
2.根據(jù)權利要求I所述的軋機牌坊激光熔覆專用復合合金材料，其特征在于，所述的復合合金材料應用于球墨鑄鐵材質(zhì)的軋機牌坊。
全文摘要
一種軋機牌坊激光熔覆專用復合合金材料，包括過渡層材料和功能層材料；過渡層材料C0.03-0.08%，Cu22-25%，Cr1.0-3.0%，F(xiàn)e0.5-1.5%，Si1.5-2.5%，B0.6-1.6%，Ce0.2-0.6%，其余為Ni；功能層材料C1.2-1.6%，Si1.0-1.5%，Cr28-32%，W8.0-10.0%，Ni3.0-4.5%，F(xiàn)e2.0-3.0%，Hf0.2-0.6%，其余為Co。這種復合合金材料是通過激光熔覆的加工方式，在失效的H型鋼軋機鑄鐵牌坊工作面上，形成硬度較高、抗氧化、耐腐蝕、耐磨損、具有較高強度且熔覆性能優(yōu)越的復合合金覆層。
文檔編號C22C19/05GK102677046SQ20121016487
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權日2012年5月25日
發(fā)明者陳常義, 韓佳杰, 韓宏升 申請人:唐山瑞兆激光技術機械修復有限公司