本發(fā)明涉及一種制造冶金部件的工藝方法,特別是涉及一種激光制造大型型材萬能軋機水平輥的方法。
背景技術(shù):
大型型材萬能軋機水平輥是軋制生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的設(shè)備之一,其壽命長短直接影響到軋制能否保持順行、獲得高產(chǎn)和降低成本。大型型材萬能軋機水平輥為復(fù)合結(jié)構(gòu),其是由輥環(huán)、輥軸利用熱裝的方法裝配在一起的,這樣輥軸可重復(fù)使用。輥環(huán)一般采用復(fù)合材質(zhì),外層選用高耐磨性的高碳半鋼、高鉻鑄鐵甚至可選用高速鋼等材質(zhì),采用離心鑄造工藝生產(chǎn),可保證足夠的高耐磨性的工作層厚度;芯部可采用具有一定強韌性的石墨鋼、球墨鑄鐵材質(zhì)。目前國內(nèi)萬能軋機水平輥環(huán)一般采用高碳半鋼材質(zhì)復(fù)合材質(zhì)。萬能軋機水平輥的工作環(huán)境十分惡劣,高溫下直接受到紅熱的鋼坯的摩擦磨損、熱疲勞以及熱腐蝕從而導(dǎo)致水平輥的失效。水平輥失效除了會使生產(chǎn)工作造成損失極大外,還給實際生產(chǎn)操作帶來很多困難。
目前我國一般采用的離心鑄造的工藝方法制造大型型材萬能軋機水平輥,雖然此種方法能滿足大型型材萬能軋機水平輥的工作層厚度,但離心鑄造出的產(chǎn)品其自由表面粗糙,尺寸誤差大、質(zhì)量差,有較多的氣孔,夾渣,因此需要增加加工余量,而且不適宜澆注容易產(chǎn)生比重偏析的合金。
因此,選擇適當(dāng)?shù)姆椒?,保證大型型材萬能軋機水平輥的加工誤差小、熱變形小、規(guī)范性強、制造后的性能好,是當(dāng)前亟待解決的課題。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題,通過反復(fù)研究改進,給出了一種利用高功率CO2激光器快速熔焊制備大型型材萬能軋機水平輥的方法。激光熔覆修復(fù)技術(shù)利用高能量激光束聚集能量極高的特點,瞬間將在基材表面預(yù)置或與激光同步自動送置的、具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的合金粉末完全熔化,同時基材部分熔化,形成一種新的復(fù)合型材料,激光束掃描后快速凝固,獲得與基體冶金結(jié)合的致密覆層,從而達到表面強化、提高使用壽命的目的。本發(fā)明采用具有良好的抗腐蝕性和耐磨性的合金粉末作為激光熔覆合金材料,采取激光熔覆方法將具有耐磨抗蝕性能的合金粉末均勻地熔覆在大型型材萬能軋機水平輥的工作表面上,形成均勻致密的冶金結(jié)合涂層,耐蝕性以及耐磨性均大大提高。
本發(fā)明給出的技術(shù)方案是。
一種激光制造大型型材萬能軋機水平輥的方法,其特征包括以下工藝步驟。
1. 大型型材萬能軋機水平輥基體加工以及表面預(yù)處理。
利用強韌性良好的石墨鋼或者球墨鑄鐵材質(zhì)車削加工成預(yù)留一定激光熔覆尺寸的大型型材萬能軋機水平輥基體,并且在室溫下采用200~300g/l的H2SO4與100~120g/l的HCl的混合液對大型型材萬能軋機水平輥基體進行除油去銹處理。
2. 合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調(diào)節(jié)。
選用具有優(yōu)良耐磨抗蝕性能且與基體冶金相容性良好的鎳基合金粉末。
調(diào)節(jié)自動送粉裝置,使自動送粉頭出來的合金粉末正好落在激光熔池內(nèi),調(diào)節(jié)送粉量,使合金粉末涂層的厚度達到0.8—1.2mm。
上述的調(diào)節(jié)自動送粉裝置已在再先專利申請文件中公開,申請?zhí)枮椋?00720013899.6,專利名稱為《多料倉送粉器》。
3. 耐磨抗蝕涂層激光熔覆。
選用DL-HL-T10000 型CO2激光器。工作臺為SIEMENS數(shù)控機床。采用同步送粉裝置將合金粉末自動送入激光熔池,高功率聚焦激光束和自動送粉頭沿軸向進給,大型型材萬能軋機水平輥按設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),在水平輥外表面形成均勻致密的激光熔覆層。具體工藝參數(shù)如下:
聚焦鏡f = 300
熔覆功率P=4000W
光斑直徑D=3.5mm
掃描速度V=2.5m/min
搭接率50%
涂層厚度:0.8-1.2mm。
4.后續(xù)熱處理。
激光寬帶熔覆鎳基合金后要慢速緩冷,水平輥身用保溫棉充分包裹,在室溫下進行去應(yīng)力退火24個小時。
本發(fā)明的激光器類型是CO2氣體激光器,其最高功率是10000W,波長10.6微米,可實現(xiàn)窄帶低階??焖賿呙枰约皩拵Ь匦螔呙柽M行熔覆。
本發(fā)明的原理是:采用具有優(yōu)良的耐磨抗蝕性能的鎳基合金粉末,不僅是因為鎳基合金粉末本身具優(yōu)良的韌性以及較好的耐磨性,同時也是由于鎳基自熔合金粉末和大型型材萬能軋機水平輥基材的熱膨脹系數(shù)相近,即這種鎳基合金粉末與大型型材萬能軋機水平輥基材的冶金結(jié)合性以及力學(xué)相容性較好,從而可以抑制激光熔覆過程中由于基材與熔覆材料熱物性之間的差異導(dǎo)致產(chǎn)生的組織應(yīng)力。激光熔覆過程中,隨著高功率激光束輻照水平輥表面的同時,采用自動送粉裝置同步向激光熔池送入合金粉末,合金粉末在熔池內(nèi)發(fā)生快速熔化和凝固,形成均勻致密的耐磨抗蝕熔覆層,熔覆層與基體形成牢固的冶金結(jié)合。熔覆層硬度在HRC45-55范圍內(nèi),熔覆層厚度在0.8-1.2mm,硬度、厚度均勻分布。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點和特點。
1、激光熔覆合金與基體形成冶金結(jié)合的特殊功能涂層較傳統(tǒng)離心鑄造所形成的普通工作層具有更加均勻、致密,具有更加優(yōu)良的耐磨抗蝕性能,提高了使用壽命。
2、激光制造大型型材萬能軋機水平輥的芯部材料以及工作層材料的選用較傳統(tǒng)離心鑄造方法降低了成本。
2、激光熔覆技術(shù)對環(huán)境沒有污染問題,而離心鑄造存在污染環(huán)境的問題,激光熔覆技術(shù)具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢。
3、本發(fā)明可用于大型型材萬能軋機水平輥的制造和修復(fù)再制造。
具體實施方式
實施例。
一種激光制造大型型材萬能軋機水平輥的方法,包括以下工藝過程。
(1)大型型材萬能軋機水平輥基體加工以及表面預(yù)處理。
利用強韌性良好的石墨鋼或者球墨鑄鐵材質(zhì)車削加工成預(yù)留一定激光熔覆尺寸的大型型材萬能軋機水平輥基體,室溫下對萬能軋機水平輥表面進行除油除銹,并用酒精清洗干凈。
(2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明選用合金粉末為專門配制的鎳基合金粉末,該鎳基合金粉末的化學(xué)成份安重量百分比為:Cr:23%; Mo:14%;W:5%;Fe:7%;Co:3%;V:0.2%;Mn:0.8%;Si:0.5%;Y2O3:0.3%;La2O3:0.3%;Ce:0.3%;余量為Ni。
鎳合金粉末的制備方法。
將金屬Ni、Cr、Mo、W、Co、V、Fe、Si、Mn及稀土元素Y2O3、La2O3、Ce按上述重量百分比配比提取后,放入中頻感應(yīng)爐內(nèi),在氬氣氣氛下加熱到1450—1550℃,使粉末完全融化并混合均勻,將熔融的金屬液流注入水霧化設(shè)備的漏包坩堝,在漏包坩堝的下方置有水霧化噴嘴,當(dāng)熔融的金屬液流通過導(dǎo)流嘴流經(jīng)噴嘴時,被噴嘴射出的高速水流擊碎成小液滴、隨后合金液滴落在水中凝固成粉末。
調(diào)節(jié)自動送粉頭使粉末正好落在激光熔池內(nèi),調(diào)節(jié)送粉量使涂層厚度達到1.5mm。
(3)激光熔覆制造大型型材萬能軋機水平輥。
選用DL-HL-T5000 型CO2激光器,工作臺為SIEMENS數(shù)控機床,在大型型材萬能軋機水平輥表面進行激光熔覆制造。
具體熔覆工藝參數(shù)如下。
熔覆功率P=4000W。
光斑直徑D=3.5mm。
掃描速度V=2.5m/min。
搭接率50%。