一種用埋弧堆焊和激光熔覆修復磨損熱軋輥的方法
【技術領域】
[0001] 本發明公開了一種磨損部件埋弧堆焊和激光烙覆修復的方法，特別設及一種用埋 弧堆焊和激光烙覆修復磨損熱社漉的方法，屬于表面處理技術領域。
【背景技術】
[0002] 熱社漉是社鋼生產過程中的關鍵工具，在工作時承受機械載荷、熱載荷和摩擦力 的作用，熱社漉表面應具有良好的耐磨和耐熱性能W及良好的抗斷裂性能，運直接決定熱 社產品質量，而且社漉使用周期的長短與產品的成本密切相關。因此提高熱社漉表面耐磨 性的研究已引起了國內外的廣泛重視，熱社漉的材料不斷得到改進和發展。為了提高熱社 漉的表面耐磨性，熱社漉的材料不斷地得到改進，其基本的發展過程是從冷硬鑄鐵到高銘 鑄鐵到半高速鋼和高速鋼。
[0003] 熱社漉的主要破壞形式為熱疲勞破壞，即社漉表面發生龜裂和剝落現象，同時，社 漉因過度磨損而報廢也是其主要失效原因之一，社漉表面一旦出現磨損失效，將導致整個 社漉報廢，將引起巨大的材料浪費。因此對磨損失效的熱社漉修復強化成為長期困擾社漉 制造行業的重大難題。
[0004] 堆焊修復是社漉修復領域研究最多的技術，中國發明專利CN103418923A公開了 一種磨損社漉的堆焊修復方法，其特征在于先將磨損社漉的磨損表面進行車削加工，然后 在加工表面上堆焊高強初過渡層，再在過渡層上堆焊耐磨工作層，然后對堆焊修復社漉進 行熱處理，最后精加工至規定尺寸和精度，該發明通過開發新型堆焊材料和堆焊工藝，實現 磨損社漉堆焊修復層的高強度、高硬度，硬度均勻性好，具有良好的耐磨性和抗疲勞性能， 從而實現堆焊修復社漉的延壽，堆焊修復主要是采用適合的工藝和合適的堆焊材料將磨損 的社漉恢復到原始尺寸，修復材料成本相對比較低，修復效率高，主要缺點是堆焊時容易產 生裂紋、夾渣等缺陷，硬度和表面耐高溫耐磨性不夠高。 陽〇化]激光烙覆技術是一種高效、節能和環保的表面改性技術，它通過烙覆材料在基體 表面快速烙凝，提高材料的表面性能，在航空航天、軍事、汽車、造船、鋼鐵等領域有著巨大 的應用前景，與傳統的表面改性技術相比，激光烙覆具有烙覆層稀釋率低、使用材料體系范 圍廣、結合強度高、對基體材料熱影響較小、可對失效零部件進行部分修復、涂層厚度可控、 易于實現自動化等優點，可W提高材料表面的耐磨、耐腐蝕、耐高溫抗氧化等性能，同時降 低貴重金屬的消耗，因此該技術在材料表面改性方面具有廣闊的應用前景，在提高社漉表 面耐磨性、延長社漉使用壽命方面得到了廣泛的研究。中國發明專利CN104404510A公開了 一種激光烙覆制備梯度修復冷社漉的方法，主要包括對冷社漉的待修復區進行打磨、清潔 和噴砂處理，在冷社漉的待修復區表面鋪置針劑，再將針料粉末鋪置在針劑上，通過高溫加 熱方式制備得到第一過渡層，將過渡粉末鋪置在第一過渡層表面，通過激光烙覆操作制備 得到第二過渡層，最后將合金粉末鋪置在第二過渡層表面，通過激光烙覆操作制備得到第 Ξ梯度層，主要從烙覆層的結構設計入手，將烙覆層設計為具有多層結構的合金梯度層，解 決了冷社漉修復后易產生裂紋、結合強度較低、易產生脫落等問題。激光修復的主要缺點是 激光烙覆材料成本高、烙覆效率低。
[0006] 本發明將堆焊技術和激光烙覆技術有機結合起來，發揮各自的技術優勢，避開各 自的不足，該方法中的堆焊技術相比單一的堆焊修復降低了技術要求，采用低合金、低含碳 量的焊接材料，降低了堆焊過程中開裂的可能性，使得修復的成功率大幅度提高，堆焊過程 中主要完成了對社漉尺寸的修復，由于社漉尺寸基本上符合要求，所W并不需要較多的高 成本的激光烙覆材料，相比單一激光烙覆修復社漉大大降低了修復成本，通過激光烙覆后 工作表面性能好，修復速度快，且不受社漉形狀限制，修復成功率高。

【發明內容】

[0007] 本發明針對現有磨損熱社漉在修復過程中存在的問題，通過埋弧堆焊和激光烙覆 相結合的新型工藝，實現磨損熱社漉修復層與基體結合強度高，不容易開裂，修復層表面具 有高強度、高硬度、良好的耐磨性和抗疲勞性能，從而實現修復熱社漉的延壽。
[0008] 本發明可W通過W下措施來實現：
[0009] 先用車床車削加工磨損熱社漉的磨損表面，去除表面裂紋和疲勞層，然后在社 漉表面堆焊高強初過渡層，對堆焊修復的熱社漉進行熱處理，然后加工至小于成品直徑 1. 2-1. 6mm，然后用激光烙覆同步送粉的方法在堆焊表面激光烙覆一層耐高溫磨損的工作 層，最后精加工至規定尺寸和精度。其具體工藝步驟為：
[0010] ①將磨損熱社漉的磨損表面進行車削加工，去除磨損表面的疲勞層和裂紋，得到 光潔的社漉表面；
[0011] ②對社漉表面進行磁粉探傷檢測有無裂紋，若有裂紋，局部繼續車至無裂紋；
[0012] ③將社漉平穩放入加熱爐預熱，預熱溫度300-350°C，預熱保溫時間4-10小時，并 用紅外線測溫儀測量溫度；
[0013] ④然后在上述磨損熱社漉表面埋弧堆焊高強初過渡層，其堆焊完的尺寸比社漉成 品直徑大3. 0-4. 5mm，社漉堆焊過程中，焊接層間溫度控制在200-300°C;
[0014]⑥將步驟④堆焊修復后的熱社漉進行熱處理，爐膛初始溫度應控制在280-350°C， 社漉隨爐加熱至560-600°C，保溫時間4-6小時，隨爐冷卻，溫度降至150°CW下出爐空冷至 室溫，然后加工至小于成品直徑1. 2-1. 6mm;
[0015] ⑧最后在社漉堆焊表面，利用光纖激光器，配合激光同步送粉裝置，激光烙覆一層 單邊厚度為0. 7-1. 0mm耐高溫磨損的工作層，最后精加工至規定尺寸和精度。
[0016] 所述埋弧堆焊過渡層的化學成分及質量分數為：0.15~0.25%C，0. 10~0.50% Si，0. 80 ~1. 50 %Mn，0. 55 ~1. 20%Mo,0. 35 ~0. 85 %Ni，l.50 ~2. 85 %Cr，0. 06 ~ 0. 09%Y，S<0. 030%，P<0. 035%，余量為化和不可避免的雜質。
[0017] 所述激光烙覆耐高溫磨損工作層的化學成分及質量分數為：1. 1~1. 4%C，15~ 18%Cr，3.5 ~5.0% Si，3. 0~4. 5%W，3. 0~4. 5%Mo,3. 0~4. 5%B，化<8.0%，余量 為Ni和不可避免的雜質。
[0018] 本發明在堆焊過渡層中，碳含量控制在0. 15~0.25%，在堆焊材料的設計中，C是 最重要的強化元素，同時也是致脆元素，C具有間隙固溶強化的作用，使堆焊層具有很好的 初性，另外，加入 0. 10 ~0. 50%Si,0. 80 ~1. 50%Μη,0. 55 ~1. 20%Mo,0. 35 ~0. 85% Ni，1. 50~2. 85%化，可W起到固溶強化的作用，有利于堆焊層強度的提高。加入0. 06~ 0. 09%Υ，可w細化和凈化堆焊層材料，提高堆焊層初性和塑形。
[0019] 本發明在激光烙覆耐磨工作層中，WNi合金為基體，加入1. 1~1.4%C，15~ 18%化，3. 0~4. 5%W，3. 0~4. 5%Mo,主要是提高工作層的硬度、耐磨性和抗高溫性能， 同時加入3. 5~5. 0%Si, 3. 0~4. 5%B，主要是B，Si都是造渣元素，在烙覆層表面覆蓋 一層較薄的烙渣。激光烙覆過程中形成的烙渣可W隔絕環境氣氛，避免合金元素的燒損和 氧化。
【附圖說明】
[0020] 圖1為埋弧堆焊和激光烙覆復合修復熱社漉結構示意圖。
[0021] 圖1中，1-熱社漉基體部分，2-埋弧堆焊過渡層，3-激光烙覆耐磨工作層。
[0022] 圖2為實施例1所得烙覆層顯微組織圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合實施例對本發明做進一步詳述，但本發明并不限于W下實施例。 陽〇24] 實施例1 :
[00巧]一種社漉直徑0450mm的磨損熱社漉的埋弧堆焊和激光烙覆修復方法，社漉母體 材料為42CrMo,包括W下工藝步驟：先用車床車削加工磨損熱社漉的磨損表面，去除表面 裂紋和孔桐，然后在社漉表面堆焊高強初過渡層，對堆焊修復的熱社漉進行熱處理，加工至 小于成品直徑1. 2mm，然后用激光烙覆同步送粉的方法在堆焊表面激光烙覆一層耐高溫磨 損的工作層，最后精加工至規定尺寸和精度。其具體工藝步驟為：
[0026] ①將磨損熱社漉的磨損表面進行車削加工，單邊車去5mm，去除表面的疲勞層和裂 紋，得到光潔的社漉表面；
[0027] ②漉面進行磁粉探傷檢測無裂紋。
[0028] ③將熱社漉平穩放入加熱爐預熱，預熱溫度350°C，預熱保溫時間4小時，用紅外 線測溫儀測量溫度。
[0029] ④然后在上述磨損熱社漉表面堆焊高強初過渡層，其堆焊完的尺寸比社漉成品直 徑大3. 0mm，社漉堆焊過程中，焊接層間溫度控制在200-270°C;
[0030] ⑥將上述堆焊修復后的熱社漉進行熱處理，爐膛初始溫度應控制在280°C，社漉隨 爐加熱至600°C，保溫時間4小時，隨爐冷卻，溫度降至150°CW下出爐空冷至室溫，然后加 工至小于成品直徑1. 2mm;
[0031] ⑧最后在社漉堆焊表面，利用6KW光纖激光