激光合金化粉末及其在鋼瓶環(huán)模激光表面合金化中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于激光合金化加工材料及其應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體公開了一種激光合金化粉末及其在鋼瓶環(huán)模激光表面合金化中的應(yīng)用，適用于沖拔式鋼瓶生產(chǎn)線所用的鋼瓶環(huán)模。本發(fā)明的激光合金化粉末由碳化鎢粉、碳化硼粉、鉬粉、鉻粉和鎳粉組成，其在鋼瓶環(huán)模激光表面合金化中的應(yīng)用的步驟如下：A、將欲處理的鋼瓶環(huán)模工作面車削平整，清洗干凈；B、用無水酒精將合金粉末和酚醛樹脂調(diào)成漿糊狀合金化涂料，均勻刷涂在工作面上，并晾干或吹干；C、用激光束連續(xù)搭接掃描整個工作面，完成激光表面合金化處理。處理完的鋼瓶環(huán)模無需后續(xù)機(jī)加工，可直接安裝上沖拔式鋼瓶生產(chǎn)線使用。該方法簡單易行，通過激光合金化處理之后的鋼瓶環(huán)模，其使用壽命提高2倍以上。
【專利說明】激光合金化粉末及其在鋼瓶環(huán)模激光表面合金化中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光合金化加工材料及其應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種激光合金化粉末及其在鋼瓶環(huán)模激光表面合金化中的應(yīng)用，適用于沖拔式鋼瓶生產(chǎn)線所用的鋼瓶環(huán)模。
【背景技術(shù)】
[0002]對于沖拔式鋼制氣瓶生產(chǎn)線來說，其生產(chǎn)效率主要取決于生產(chǎn)氣瓶所用的模具——鋼瓶環(huán)模的性能。如何提高鋼瓶環(huán)模的紅硬性能，延長鋼瓶環(huán)模的服役時間，從而提聞過瓶量，是提聞鋼瓶廣量的關(guān)鍵因素。
[0003]鋼瓶環(huán)模的過瓶量是指一個新的鋼瓶環(huán)模從上線使用到失效(出現(xiàn)軟化、粘鋼、凹坑等影響鋼瓶產(chǎn)品質(zhì)量的缺陷即為失效)，所能生產(chǎn)的鋼瓶數(shù)量。當(dāng)鋼瓶環(huán)模失效時，生產(chǎn)線必須停止生產(chǎn)，更換鋼瓶環(huán)模，才能繼續(xù)生產(chǎn)，因此過瓶量是衡量沖拔式鋼瓶生產(chǎn)線生產(chǎn)效率的最重要指標(biāo)。
[0004]鋼瓶環(huán)模是一種熱作模具，由于鋼瓶環(huán)模在高溫狀態(tài)下工作，燒紅的鋼坯在頂桿的強(qiáng)力作用下擠壓穿過鋼瓶環(huán)模，因此對鋼瓶環(huán)模的耐熱性能有較高要求，目前市場上主要采用耐高溫性能良好的H13鋼制作。
[0005]H13鋼是熱作模具鋼，其牌號為4Cr5MoSiVl，該鋼具有高的淬透性和抗熱裂能力，含有較高含量的碳和釩，耐磨性好，韌性相對有所減弱，具有良好的耐熱性，在較高溫度時具有較好的強(qiáng)度和硬度，高的耐磨性和韌性，優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和較高的抗回火穩(wěn)定性。
[0006]即使H13鋼具有良好的耐熱性能，但由于這種鋼材價格昂貴，而且更換鋼瓶環(huán)模會嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，因此，提高過瓶量仍然是非常有價值的研究課題。
[0007]常規(guī)方法有淬火、滲碳、滲氮等方式，但這些方法的效果非常有限，因?yàn)殇撈凯h(huán)模的工作環(huán)境是高溫環(huán)境，傳統(tǒng)的淬火在高溫環(huán)境下又進(jìn)入了退火狀態(tài)。另外，對于滲碳這種工藝來說，滲入過多的碳會使鋼瓶環(huán)模的韌性降低。
[0008]近年來出現(xiàn)了表面合金化的技術(shù)，在鋼瓶環(huán)模工作面表面形成一層耐高溫的合金層，合金層成分的不同，得到的效果也不一樣。本發(fā)明經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證之后，得到了一種效果優(yōu)異的激光合金化合金粉末，用這種粉末在激光的作用下，在鋼瓶環(huán)模工作面表面形成一層特種合金成分，使用壽命能顯著提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的第一個目的在于提供了一種激光合金化粉末。
[0010]第二個目的在于提供了一種上述激光合金化粉末在鋼瓶環(huán)模激光表面合金化中的應(yīng)用，填補(bǔ)了鋼瓶環(huán)模表面合金化處理的技術(shù)空白。
[0011]本發(fā)明通過添加合金元素和優(yōu)化工藝，使鋼瓶環(huán)模的工作面表面形成一層耐高溫性能很好的合金層，有效阻止了鋼瓶環(huán)模出現(xiàn)軟化、粘鋼、凹坑、開裂等失效形式，相同工況條件下過瓶量提高2倍以上。[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)措施。
[0013]一種激光合金化粉末，由碳化鎢粉、碳化硼粉、鑰粉、鉻粉和鎳粉混合而成，各組分的重量配比為碳化鶴粉:碳化硼粉:鑰粉:鉻粉:鎳粉=40:35:4:15:6,其中各粉末尺寸均為納米級別的，所述碳化鎢粉、碳化硼粉、鑰粉、鉻粉和鎳粉的粒徑范圍均為50nm-100nm(即 50-100 納米)；
[0014]所述碳化鎢粉、碳化硼粉、鑰粉、鉻粉和鎳粉的純度均為97-99wt% ；
[0015]上述激光合金化粉末在鋼瓶環(huán)模激光表面合金化中的應(yīng)用，其步驟如下:
[0016]A、將欲處理的鋼瓶環(huán)模工作面用普通車床車削平整，然后將車削好的鋼瓶環(huán)模裝于機(jī)床上，其軸線沿水平方向，并可繞軸轉(zhuǎn)動，用酒精或丙酮對鋼瓶環(huán)模工作面進(jìn)行清洗，直至工作面光潔，無油污；
[0017]B、用無水酒精將激光合金化粉末和酚醛樹脂調(diào)成漿糊狀合金化涂料，用軟毛刷蘸取該涂料，均勻地刷涂在工作面上，涂層厚0.1-0.15_，并晾干或吹干；
[0018]所述激光合金化粉末和酚醛樹脂的重量比為(94-98): (2-6)；
[0019]C、用激光束連續(xù)掃描整個工作面，激光輸出功率4.0-4.5KW，光斑直徑Φ3.0-3.5mm,掃描速度4.0-4.5m/min,熔道間的搭接率20-30 %，同時吹保護(hù)氣，保護(hù)氣為IS氣，氦氣和氮?dú)庵械囊环N(考慮到成本因素，一般選擇普通氮?dú)?，保護(hù)氣輸出壓力
0.1-0.2Mpa ；
[0020]用以上技術(shù)方法處理過的鋼瓶環(huán)模表面高溫硬度高、光潔度好、磨擦系數(shù)低，不需要后續(xù)機(jī)加工，可直接上生產(chǎn)線使用。
[0021]WC(碳化鎢)是種高硬度，抗高溫軟化的粒子，抗磨性極好。它的配入起彌散強(qiáng)化的作用，大大提高了合金化層的抗磨性。本發(fā)明激光合金化粉末中WC含量為40wt%。
[0022]B4C (碳化硼)俗稱人造金剛石，是一種有很高硬度的碳化物，與大多數(shù)陶瓷相比，易碎性較低，這種粉末的配入在提高合金層硬度的同時能有效阻止合金層被壓力擠碎的風(fēng)險。本發(fā)明激光合金化粉末中B4C含量為35wt%。
[0023]Mo (鑰)形成細(xì)小、分散的Mo2C、MoC細(xì)化晶粒。本發(fā)明激光合金化粉末中Mo粉含量為4wt%。
[0024]Cr (鉻)對鋼的耐磨損性，高溫強(qiáng)度、熱態(tài)硬度、韌度何淬透性都有有利的影響，并形成一定量的碳化物。本發(fā)明激光合金化粉末中Cr粉含量為15wt%。
[0025]Ni (鎳)進(jìn)一步提升鋼的淬透性。本發(fā)明激光合金化粉末中Ni粉含量為6wt%。
[0026]選用合金粉末的尺寸為納米級的，其粒徑范圍為50nm-100nm(即50-100納米)，這是通過試驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證之后得到的結(jié)果，這種尺寸的粉末比用普通尺寸所形成的合金的耐高溫性能要好得多，同時納米材料的不相溶性能顯著降低金屬表面的磨擦系數(shù)，從而大幅提升表面性能。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0028]1、目前，鋼瓶環(huán)模工作面在高溫環(huán)境連續(xù)使用一段時間后常會出現(xiàn)粘鋼問題，使用本發(fā)明的技術(shù)在鋼瓶環(huán)模工作面表面形成新的合金層之后，粘鋼的問題得到明顯的改
盡.口 ，
[0029]2、使用激光表面合金化的工藝方案，其表面粗糙度能夠滿足使用要求。除了激光表面合金化這種工藝方案，也有人通過熔覆耐磨耐高溫粉末來提高鋼瓶環(huán)模的使用壽命，但是，使用激光熔覆的方案有一個最大的弊端，那就是熔覆層是粗糙的，必須經(jīng)過車、磨等機(jī)加工之后才能上線使用，而硬度很高的熔覆層，使機(jī)加工變得十分困難，工藝方案變得沒有可操作性。另外，激光熔覆方案的效率、成本都比激光表面合金化工藝方案高得多；
[0030]3、本發(fā)明的工藝方法在上海高壓容器有限公司和浙江金盾壓力容器有限公司考核兩年多，證明此工藝處理后的鋼瓶環(huán)模紅硬性能非常好，粗糙度接近精車的級別。使用效果顯示，過瓶量至少提高2倍以上；
[0031]4、本發(fā)明可擴(kuò)展至H13鋼在其他模具以及其他熱作模具的應(yīng)用，前景十分廣闊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明的工藝實(shí)施流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面通過具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，以利于理解本發(fā)明，但不限制本
【發(fā)明內(nèi)容】
。本案例為本發(fā)明人對浙江金盾壓力容器有限公司的鋼瓶環(huán)模進(jìn)行激光表面合金化的實(shí)施過程記錄。
[0034]實(shí)施例1:
[0035]本發(fā)明方法用于強(qiáng)化H13鋼瓶環(huán)模的方法步驟如下:
[0036](I)將欲處理的鋼瓶環(huán)模工作面用普通車床車削平整，然后將車削好的鋼瓶環(huán)模裝于機(jī)床上，其軸線沿水平方向，并可繞軸轉(zhuǎn)動；
[0037](2)用酒精或丙酮清潔鋼瓶環(huán)模工作面，直至工作面無油污，光潔；
[0038](3)用無水酒精將激光化合金粉末和酚醛樹脂調(diào)成漿糊狀合金化涂料，用軟毛刷蘸取該涂料，均勻地刷涂在工作面上，涂層厚0.12mm,并晾干或吹干，所述的激光化合金粉末由碳化鎢粉、碳化硼粉、鑰粉、鉻粉和鎳粉組成，重量配比為碳化鎢粉:碳化硼粉:鑰粉:鉻粉:鎳粉=40:35:4:15:6，所述碳化鶴粉、碳化硼粉、鑰粉、鉻粉和鎳粉的粒徑范圍均為50nm-100nm ;所述碳化鎢粉、碳化硼粉、鑰粉、鉻粉和鎳粉的的純度分別為碳化鎢粉99%、碳化硼粉99 %、鑰粉99 %、鉻粉99 %和鎳粉99 % ；
[0039]所述激光合金化粉末和酚醛樹脂的重量比為96:4 ；
[0040](4)開啟CO2橫流激光器，用激光束連續(xù)掃描整個工作面，激光輸出功率為4.5KW，將光斑調(diào)到Φ3.5mm，對準(zhǔn)掃描起始點(diǎn)，掃描速度4.5m/min，同時吹氮?dú)獗Ｗo(hù)，保護(hù)氣輸出壓力為0.15Mpa ；
[0041](5)激光束掃描軌跡為螺旋連續(xù)搭接方式，本例搭接率為25%，工作面掃描完成后，本工藝處理即完成。
[0042]處理完的鋼瓶環(huán)模直接上機(jī)使用，過瓶量由原來(未進(jìn)行表面合金化處理)的450個左右提聞到1500個,大大提聞了鋼瓶環(huán)|旲的服役壽命。
[0043]本實(shí)施例處理完后的合金化表面在900°C下硬度為HRC35-40，較未進(jìn)行表面合金化處理的有了明顯提升，未進(jìn)行表面合金化處理的工作面在900°C下硬度為HRC15-20。
[0044]對比實(shí)施例(本例為對上海高壓容器有限公司實(shí)施的記錄):
[0045]將激光合金化粉末換為純的鉻粉、鎳粉、鑰粉和碳化鎢粉按重量比配制的混合物，具體為Cr:Ni:Mo:WC = 45:8:12:35，其中各純金屬粉的粒徑均為2_5微米，碳化鎢粉的粒徑為35-45微米。
[0046]其余操作均同實(shí)施例1，處理完的鋼瓶環(huán)模直接上機(jī)使用，過瓶量由原來(未進(jìn)行表面合金化處理)的450個左右提高到850個。
【權(quán)利要求】
1.一種激光合金化粉末，其特征在于:由碳化鎢粉、碳化硼粉、鑰粉、鉻粉和鎳粉組成，各組分的重量配比為碳化鶴粉:碳化硼粉:鑰粉:鉻粉:鎳粉=40:35:4:15:6，所述碳化鶴粉、碳化硼粉、鑰粉、鉻粉和鎳粉的粒徑范圍均為50nm-100nm ； 所述碳化鎢粉、碳化硼粉、鑰粉、鉻粉和鎳粉的純度均為97-99wt%。
2.權(quán)利要求1所述的激光合金化粉末在鋼瓶環(huán)模激光表面合金化中的應(yīng)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于，步驟如下: A、將欲處理的鋼瓶環(huán)模工作面車削平整，然后將車削好的鋼瓶環(huán)模裝于機(jī)床上，其軸線沿水平方向，并可繞軸轉(zhuǎn)動，用酒精或丙酮對鋼瓶環(huán)模工作面進(jìn)行清洗，直至工作面光潔，無油污； B、用無水酒精將激光合金化粉末和酚醛樹脂調(diào)成漿糊狀合金化涂料，將該涂料均勻地刷涂在工作面上，涂層厚0.1-0.15mm,晾干或吹干； 所述激光合金化粉末和酚醛樹脂的重量比為(94-98):(2-6)； C、用激光束連續(xù)掃描整個工作面，激光輸出功率4.0-4.5KW，光斑直徑Φ3.0-3.5mm,掃描速度4.0-4.5m/min，熔道間的搭接率20_30%，同時吹保護(hù)氣，保護(hù)氣為氬氣，氦氣和氮?dú)庵械囊环N，保護(hù)氣輸出壓力0.1-0.2Mpa。
【文檔編號】C22C29/06GK103920872SQ201410172080
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月26日
【發(fā)明者】田為軍, 王綏義 申請人:武漢高斯激光技術(shù)有限公司