專利名稱:耐火材料模具表面噴焊耐磨涂層的工藝的制作方法
本發(fā)明屬于一種耐火材料模具表面噴焊耐磨涂層工藝。
耐火材料模具在使用過程中，由于受到嚴(yán)重的磨粒磨損和多次重復(fù)的側(cè)壓力，至使模具壽命短，惡劣的使用條件，要求模具表層硬度在HRC60以上，同時(shí)模具還須具備較高的強(qiáng)度。
為了提高耐火材料模具的使用壽命，人們進(jìn)行了大量的研究工作，在普遍采用低碳鋼淬火模具，變質(zhì)鑄鐵模具的基礎(chǔ)上，進(jìn)而用高鉻鑄鐵、高鉻合金以及Cr12MOV直接淬火做耐火材料模具，國內(nèi)外還有的在耐火材料模具表面粘貼一層硬質(zhì)合金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金片，后者雖可大幅度提高耐火材料模具壽命，但因加工或鍛造成型困難以及成本高等原因，只適合做一些形狀簡單的標(biāo)普磚模具，加之易脆，不易推廣。
本發(fā)明的目的是提供一種在各類耐火材料模具表面上，采用氧乙炔焰粉末噴涂和感應(yīng)加熱重熔工藝，使模具表面具有耐磨、耐蝕、耐氧化性能，提高其使用壽命，降低成本。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用氧乙炔焰粉末噴焊，即藉助粉末噴焊槍，將一種含WC的自熔合金粉末通過氧乙炔火焰區(qū)，加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，噴涂到耐火材料模具表面，再經(jīng)感應(yīng)重熔燒結(jié)，得到1～2.5mm厚的均勻致密的噴焊層，所得噴焊層硬度為HRC63-67，噴焊層與基體的結(jié)合強(qiáng)度大于350MPa，焊層表面光滑、平整、致密。
下面詳細(xì)敘述本發(fā)明工藝模具表面的預(yù)處理先用三氯乙烯或全氯乙烯清洗去油污，有時(shí)也可用汽油或洗滌劑，然后采用噴砂、機(jī)加工或打磨等去除表面的氧化物或疲勞層。
預(yù)熱其目的有三個(gè)，除去模具表面的潮氣，提高粉層與工件面的結(jié)合強(qiáng)度，減小應(yīng)力，避免粉層出現(xiàn)開裂、脫殼。采用氧乙炔焰預(yù)熱，一般以中性焰或輕微碳化焰為宜，槍口距工件面約100～250mm左右。預(yù)熱溫度為300～450℃，預(yù)熱時(shí)間約5～10分鐘，視模具大小、材質(zhì)而定。一般對(duì)大件、大面積或膨脹系數(shù)大的工件，預(yù)熱溫度應(yīng)偏高，對(duì)極小件、薄板及含有易氧化元素的合金基材，預(yù)熱溫度應(yīng)偏低。如果大批量生產(chǎn)，可將模具放在爐內(nèi)預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)間約半小時(shí)。如果是小批量生產(chǎn)，也可采用感應(yīng)加熱預(yù)熱，為了保證工件芯部也達(dá)到預(yù)熱溫度，在工件表面顏色由黃變藍(lán)，當(dāng)藍(lán)色消失后應(yīng)停止加熱，以保證模具芯部與表面溫度接近，而表面不致嚴(yán)重氧化，過五分鐘再感應(yīng)加熱，以達(dá)到所需溫度，最后用表面溫度計(jì)測量溫度。
噴粉當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到后，用鋼絲刷刷去表面氧化物，立即改換送粉槍。把火焰、氣流、粉量都調(diào)節(jié)合適后對(duì)準(zhǔn)模具表面進(jìn)行噴粉。噴焊粉末由(重量%)C 0.8～1.2，Cr 18～20，B 3.3～4.2，Si 4～5，F(xiàn)e 0.01～15，余量為Ni的鎳基自熔合金粉末(FNi-15)和20～50%(重量)的WC粉末組成。WC的加入形式，可以采用樹脂粘結(jié)法，即將上述鎳基自熔合金粉末與20～50%WC粉末均勻混合，然后倒入含1.5～2.5%左右干基樹脂的酚醛樹脂溶液(溶劑可為酒精，每公斤粉需酒精150毫升)，并攪拌均勻，再放入烘箱內(nèi)烘干、固化，固化溫度為150℃，保溫2小時(shí)，然后破碎篩分，粒度為-120+300目。WC粉也可以是鎳包碳化鎢粉或鈷包碳化鎢粉，與上述鎳基自熔合金粉末機(jī)械地混合在一起，其中Ni或Co的含量為10～15%，粉末粒度為-180+300目。噴粉時(shí)，采用燃燒氧壓為0.5～0.6MPa的中性焰，槍口垂直于模具表面并相距200～250mm，槍的移動(dòng)速度為10～20米/分，若模具轉(zhuǎn)動(dòng)，槍的速度以3～7毫米/轉(zhuǎn)為宜。粉層厚度一次不宜超過1.25mm，粉層太厚，重熔不透，焊層與工件面不能產(chǎn)生良好的冶金結(jié)合，冷后易產(chǎn)生裂紋脫落現(xiàn)象。
噴粉量計(jì)算公式W＝S×(h+△h)×9～9.5×1.2(克)式中W-所需粉末重量，克;
S-噴涂面積，厘米2;
h-涂層厚度，厘米;
△h-涂層所留加工余量，厘米;
9～9.5-粉末表觀密度，克/厘米3;
1.2-噴敷率系數(shù)。
加工余量的大小，要視噴涂面積大小和操作熟練程度而定。
感應(yīng)重熔送粉完畢，工件溫度已達(dá)400～500℃，立即進(jìn)行感應(yīng)重熔，重熔時(shí)，模具應(yīng)置于感應(yīng)器中間，且模具涂層表面平行于感應(yīng)器，使線圈產(chǎn)生的磁力線從兩面垂直通過模板，因而模板兩面受熱，其溫差小，熱變形小，同時(shí)，模具在交變磁場內(nèi)切割磁力線最多，感應(yīng)渦流也將會(huì)最大，便于快速加熱。感應(yīng)器與涂層表面的間距為5～8mm，間距太小，雖然升溫速度快，加熱時(shí)間短，但涂層與感應(yīng)器之間容易相碰，擊穿感應(yīng)器，甚至將模板燒熔，間距太大，漏磁嚴(yán)重，加熱速度慢，表面涂層容易氧化。感應(yīng)器電流頻率選擇8000赫茲左右，頻率過低，電流透入深度大，消耗功率大，重熔速度慢;頻率太高，重熔速度太快，不易控制質(zhì)量。感應(yīng)重熔時(shí)(工件可以旋轉(zhuǎn))，感應(yīng)器縱向均勻移動(dòng)，感應(yīng)器的移動(dòng)速度視涂層是否出現(xiàn)液相而定，模具的棱角及邊緣往往容易過熱，一般感應(yīng)器離開棱角及邊緣的距離要比其它部位大些。在重熔過程中，如果工件涂層表面出現(xiàn)紅亮(960～1050℃)，且紅亮區(qū)與暗紅區(qū)之間的線條隨著感應(yīng)器向前移動(dòng)而跟著緩慢移動(dòng)，就證明涂層已經(jīng)熔化，此線條為合金從固相變成液相的特征，此時(shí)感應(yīng)器應(yīng)繼續(xù)向前緩慢移動(dòng)，為了保證涂層熔透，一般要感應(yīng)重熔二次，第二次重熔時(shí)，液固相線之間的線條應(yīng)在感應(yīng)器后面保持約50～100毫米的距離，由于模具兩端溫度低，為保證熔透，感應(yīng)器在模具兩端需反復(fù)移動(dòng)數(shù)次。
重熔時(shí)，為防止工件變形，應(yīng)當(dāng)在車床頂針孔里裝上彈簧，保證工件能自由伸縮。重熔完畢，工件應(yīng)當(dāng)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于不能旋轉(zhuǎn)的工件，如模板等，一旦重熔完畢，待涂層紅亮液相區(qū)變暗，立即將工件旋轉(zhuǎn)90°，防止工件因自重而變形。如果涂層厚度不夠，待工件冷至暗紅時(shí)，用鋼絲刷將涂層表面的氧化物刷除干凈，接著再進(jìn)行噴粉和感應(yīng)重熔。
緩冷重熔完畢，工件在空氣中緩冷，冷卻速度太快，有可能使焊層出現(xiàn)裂紋。
采用上述耐火材料模具表面噴焊耐磨涂層的工藝，可以大大提高耐火材料模具的使用壽命，大幅度降低成本，在焊層磨損之后，還可以反復(fù)多次進(jìn)行噴涂和重熔，其耐磨性與第一次噴焊后的相等。該工藝不僅適合于芯棒、模套、標(biāo)普型磚模板，還可用于帶弧度的模具以及耐火材料成型用的各種大小模具。采用該工藝噴焊后的模具，其一次性使用壽命比一般低碳鋼淬火模具高15倍以上，總壽命可提高60～75倍。
實(shí)施例尺寸為φ83×630mm的耐火材料模具芯棒，原采用A3鋼滲碳淬火，滲碳層厚度1.5～2mm，表面硬度HRC64，壓磚數(shù)為700塊/根，而采用本發(fā)明，一次性使用壽命提高15倍以上，總壽命提高60～75倍。其工藝過程如下將原芯棒直徑全部車小2.5～3mm，放在爐內(nèi)預(yù)熱到350～450℃，也可采用氧乙炔焰或感應(yīng)加熱，用表面溫度計(jì)測量溫度，當(dāng)溫度達(dá)到上述溫度范圍，用SPHT-7/h噴槍在工件表面噴涂一層1.2mm厚的鎳基自熔合金粉(FNi-15)+35%碳化鎢粉末。噴粉完畢，對(duì)涂層進(jìn)行感應(yīng)重熔處理，感應(yīng)重熔溫度的高低以涂層出現(xiàn)固、液相分界的線條為準(zhǔn)，待涂層冷至暗紅，溫度在600℃以下，將涂層表面的氧化物用鋼絲刷刷除干凈，接著再噴一層1.2mm厚的鎳基自熔合金粉(FNi-15)+20～50%WC粉末，并進(jìn)行感應(yīng)重熔處理，為保證涂層充分重熔燒結(jié)，最后對(duì)工件增加一次感應(yīng)重熔處理。重熔后的涂層芯棒應(yīng)繼續(xù)在車床上旋轉(zhuǎn)或垂直放在空氣中緩冷。表1列出了感應(yīng)重熔涂層耐火材料模具與滲碳淬火或碳氮共滲模具使用壽命對(duì)比情況。
表1 經(jīng)不同工藝處理的耐火材料模具使用壽命對(duì)比表
噴焊層的性能測試熱膨脹系數(shù)氧乙炔焰噴焊法堆焊制作熱膨脹試樣，試樣尺寸為φ4×50mm，使用測量儀器為RPZ-1型晶體管自動(dòng)熱膨脹儀。結(jié)果如表2所示。
表2 含WC鎳基粉末噴焊層的熱膨脹系數(shù)(X10-6)
結(jié)合強(qiáng)度含碳化鎢的鎳基自熔合金粉末對(duì)各種金屬材料(如各種碳鋼、合金鋼、不銹鋼等)潤濕性都很好，結(jié)果強(qiáng)度較高，例如，對(duì)普通碳鋼，其結(jié)合強(qiáng)度達(dá)400～500MPa。
耐磨性試樣采用氧乙炔焰噴焊法制作，試樣基體為A3鋼，尺寸為75×25×12mm，噴焊層施于其75×25mm表面上，厚度1.5mm，對(duì)照材料選擇耐磨高鉻鑄鐵，試驗(yàn)在干砂橡膠輪磨料磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。結(jié)果如表3。
表3 含WC鎳基粉末噴焊層與高鉻鑄鐵耐磨性對(duì)比表
從表3看出，含WC超硬質(zhì)耐磨相的鎳基粉末噴焊層的耐磨料磨損性是耐磨性著稱的高鉻鑄鐵的3.8～10倍。
耐蝕性用耐蝕性著稱的1Cr18Ni9Ti做對(duì)照試樣，試驗(yàn)用浸漬法進(jìn)行，試樣尺寸為φ38×10，表面光潔度△7，試驗(yàn)溫度20±2℃，浸漬時(shí)間120小時(shí)，稱重用萬分之一的分析天平，結(jié)果如表4所示。
表4 含WC鎳基粉末噴焊層與1Cr18Ni9Ti耐蝕性對(duì)比表(腐蝕量，克/米2·小時(shí))
由表4可看出，含WC的鎳基自熔合金粉末噴焊層的耐蝕性與1Cr18Ni9Ti相當(dāng)，因此屬于耐蝕性合金。
權(quán)利要求
1.一種耐火材料模具表面噴焊耐磨涂層的工藝，包括模具表面預(yù)處理，預(yù)熱，噴粉，重熔，緩冷，其特征是預(yù)熱溫度為300～450℃，采用氧乙炔焰噴槍噴粉，其粉末為含WC的鎳基自熔合金粉末，重熔采用中頻或高頻感應(yīng)加熱，加熱溫度在960～1050℃范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的噴焊耐磨涂層的工藝，其特征是感應(yīng)重熔時(shí)，模具置于感應(yīng)器中間，且模具涂層表面平行于感應(yīng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的噴焊耐磨涂層的工藝，其特征是噴焊粉末由(重量%)C 0.8～1.2，Cr 18～20，B 3.3～4.2，Si 4～5，F(xiàn)e 0.01～15，余量為Ni的鎳基自熔合金粉末和20～50(重量%)的WC粉末所組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1、3所述的噴焊耐磨涂層的工藝，其特征是WC粉可以為鎳包碳化鎢粉或鈷包碳化鎢粉，其中Ni或Co的含量為10～15(重量%)，余為WC。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1或3所述的噴焊耐磨涂層的工藝，其特征是用酚醛樹脂將鎳基粉和WC粉粘結(jié)在一起，酚醛樹脂中含1.5～2.5%(重量)的干基樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的噴焊耐磨涂層的工藝，其特征是用機(jī)械的方法將鎳基自熔合金粉和鎳包碳化鎢粉或鈷包碳化鎢粉均勻混合在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1或2噴焊耐磨涂層工藝用的感應(yīng)器，其特征是感應(yīng)器采用長方形紫銅管制成。
專利摘要
本發(fā)明是一種耐火材料模具表面噴焊耐磨涂層的工藝，涂層材料為含WC的鎳基自熔合金粉末，借助粉末噴焊槍，使粉末通過氧乙炔火焰區(qū)加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，噴灑到耐火材料模具表面，再經(jīng)感應(yīng)加熱重熔，得到1～2.5mm厚的耐磨涂層，涂層硬度為HRC63～67，與基體的結(jié)合強(qiáng)度大于350MPa，涂層表面光滑、平整致密，其一次性使用壽命比一般低碳鋼淬火模具高15倍以上，一般還可修磨4～5次，總壽命可提高60～75倍。
文檔編號(hào)C23C4/06GK87102001SQ87102001
公開日1988年1月13日 申請(qǐng)日期1987年3月20日
發(fā)明者周玉林, 李平旦 申請(qǐng)人:湖南省冶金材料研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan