System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末及其工艺制造技术_技高网

一种渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末及其工艺制造技术

技术编号:43223303 阅读:1 留言:0更新日期:2024-11-05 17:14
本发明专利技术涉及曲轴修复用材料技术领域,提供一种渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末及其工艺。按质量分数计,该激光熔覆铁基复合粉末包括:Ti粉末2%~4%、Cr<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;粉末3%~5%、Fe基合金粉末余量;按质量分数计,Fe基合金粉末的成分包括:C0.15%~0.17%,Cr 16.0%~17.5%,Ni 2.4%~2.6%,Mo 0.5%~0.7%,Si 0.8%~1.0%,B0.8%~0.9%。本发明专利技术利用特定成分的铁基复合粉末配合适宜的熔覆工艺参数,消除氮气孔,并提高熔覆层硬度和耐磨性能,延长曲轴服役寿命,无需工件预热和缓冷措施,可推进轨道交通等领域中渗氮曲轴的修复再制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及曲轴修复用材料,涉及一种渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末及其工艺


技术介绍

1、曲轴是列车等内燃机的核心部件之一,工作环境复杂,受到高温、腐蚀、振动、变速、磨擦等复杂载荷影响,为提高曲轴的服役寿命,提高表面的硬度和耐磨性能,其表面通常进行渗氮处理,从而形成高硬度渗氮层。在服役一段时间后,曲轴轴颈或连杆处会出现渗氮层磨损、剥落甚至裂纹等缺陷,从而导致整根曲轴报废,造成严重经济损失与资源浪费。因此,曲轴表面修复再制造成为相关企业低碳、可持续发展的重要途径。

2、激光熔覆技术是一种利用激光束将金属粉末熔化后,沉积在工件表面形成新的涂层的先进表面修复技术,该技术能够在零部件表面形成均匀致密的涂层。与传统堆焊、热喷涂等修复技术相比,激光熔覆技术具有修复精度高、修复材料与基体稀释率低、热影响区小、界面结合强度高、修复区组织性能好和材料利用率高等优势。因此,激光熔覆技术在曲轴修复领域具有广阔的应用前景。

3、目前,曲轴修复用的合金粉末(镍基、铁基和钴基)及修复过程主要是在去除或不含渗氮层的曲轴上进行的。然而,在渗氮曲轴的实际修复过程中,熔覆层与未磨损过渡圆弧(渗氮)要进行搭接,轴修复区域也可能存在部分未完全磨损的渗氮层。在激光熔覆的高温作用下,氮以氮气的形式逸出,导致搭接处以及渗氮层未完全磨损处存在粗大氮气孔,并且,在高硬度渗氮层上熔覆时,容易产生裂纹缺陷。粗大氮气孔和裂纹等缺陷严重损害修复曲轴综合性能,尤其是强韧性和疲劳性能。


技术实现思路

1、本专利技术提供一种渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末及其工艺,用以解决现有技术中高硬渗氮曲轴修复中,熔覆层与未磨损过渡圆弧(渗氮)的搭接处,或者,轴修复区域存在部分未完全磨损的渗氮层时,得到的熔覆层存在的粗大氮气孔和开裂难题。

2、本专利技术通过fe基合金粉末、ti粉末、cr3c2粉末以及渗氮层的相互作用,采用机器人联动和同步送粉,配合适宜的熔覆工艺参数,得到了无缺陷(致密度>99.8%)高硬度(>50hrc)高耐磨熔覆层,可延长渗氮曲轴的服役寿命。

3、第一方面,本专利技术提供一种渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末,按质量分数计,包括:纯ti粉末2%~4%、纯cr3c2粉末3%~5%、fe基合金粉末余量。

4、按质量分数计,fe基合金粉末的成分包括:c 0.15%~0.17%,cr 16.0%~17.5%,ni2.4%~2.6%,mo 0.5%~0.7%,si 0.8%~1.0%,b 0.8%~0.9%。

5、在本专利技术的渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末中,fe基合金粉末、ti粉末和cr3c2粉末的相互作用,利用n和ti的强结合能力以及ti和cr3c2的化学反应,配合适宜的熔覆工艺参数,在熔覆过程中利用曲轴渗氮层中逸出的n,原位生成ti(c,n)强化相,消耗氮元素,消除了氮气孔,ti(c,n)相显著细化凝固组织,降低了熔覆层开裂倾向,并结合马氏体相变强化、细晶强化等手段,显著提高熔覆层硬度和耐磨性能,延长曲轴服役寿命。

6、具体而言,对于本专利技术铁基复合粉末中的ti(钛)粉,ti是强碳氮化物形成元素,在激光熔覆过程中,ti和曲轴渗氮层中逸出的n反应生成tin(n+ti→tin),从而消耗氮元素,避免产生气孔,同时,ti可以与熔体中c反应生成tic,即ti(c,n),显著提高熔覆层硬度和耐磨性能。此外,ti的大量加入可缩小奥氏体区,快速冷却过程中可抑制马氏体相变过程,凝固后保留δ铁素体,降低硬度和耐磨性,本专利技术粉末通过添加cr3c2(增加c元素)来解决这一问题。

7、对于本专利技术铁基复合粉末中的cr3c2(碳化铬)粉,在激光熔覆的熔池中,cr3c2与ti发生反应,在熔体中原位生成大量tic,即ti+cr3c2→tic+cr,tic显著提高熔覆层硬度和耐磨性能。此外,cr3c2的添加,也会增加熔池中的c含量和cr含量,分别为奥氏体化元素和铁素体化元素,影响马氏体相变过程。

8、因此,在fe基合金粉末的基础上,ti粉末和cr3c2粉末的添加不仅影响所得到的铁基复合粉末强化颗粒的形成,还显著影响相变过程。在本专利技术的铁基复合粉末中,马氏体强化是重要的强化方式。因此,ti粉末和cr3c2粉末的添加量和配比至关重要。ti粉或cr3c2粉的添加量过多,均无法实现本专利技术的目的。

9、对于本专利技术铁基复合粉末中的c(碳)元素,c属于奥氏体化元素,扩大奥氏体区,增加淬透性,使奥氏体在激光熔覆快速冷却过程中发生马氏体相变,提高熔覆层硬度和耐磨性。此外,c可提高奥氏体稳定性,当熔体中碳含量过高时(如cr3c2添加量过多),奥氏体在冷却过程中将难以发生马氏体相变。

10、对于本专利技术铁基复合粉末中的cr(铬)元素,其在fe基体中溶解度较大,起到固溶强化作用,提高熔覆层耐腐蚀性能。cr可与c、b发生反应,分别生成cr7c3和crb,提高熔覆层硬度和耐磨性。此外,cr可缩小奥氏体区,影响马氏体相变。

11、对于本专利技术铁基复合粉末中的ni(镍)元素,ni可提高熔覆层的韧性,降低开裂倾向。ni含量的增加,可扩大奥氏体区范围,影响相变过程。

12、对于本专利技术铁基复合粉末中的mo(钼)元素,mo元素属于强固溶强化元素,可显著提高熔覆层的硬度和耐磨性能。此外,mo元素提高熔覆层热稳定性,,增强熔覆层高温抗氧化性。

13、对于本专利技术铁基复合粉末中的b(硼)元素,b元素在熔覆过程中起到强烈的脱氧和自熔作用,改善润湿能力,减少熔覆层中的夹杂和含氧量,提高熔覆层的工艺成形性能。

14、对于本专利技术铁基复合粉末中的si(硅)元素,si可与其他成分(如fe)结合形成硅酸盐覆盖在熔覆层表面,防止合金元素过度氧化,同时有利于提高合金粉末的流动性。

15、根据本专利技术提供的所述渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末,纯ti粉和纯cr3c2粉在渗氮曲轴修复用激光熔覆工艺形成的熔池内发生原位反应生成ti(c,n)强化颗粒。

16、根据本专利技术提供的所述渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末,ti粉末、cr3c2粉末和fe基合金粉末的粒径范围为50~150μm。

17、粒径对于本专利技术的渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末的应用性能产生显著影响,若渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末的粒径太小,则无法采用同步送粉方式进行激光熔覆。

18、第二方面,本专利技术还提供一种渗氮曲轴修复工艺方法,包括以下步骤:

19、s1、烘干待熔覆fe基复合粉末;所述fe基复合粉末为如上所述渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末。

20、s2、曲轴表面预处理:去除曲轴表面油污,将曲轴待修复位置和未磨损渗氮层搭接部位进行平滑处理。

21、s3、三维扫描曲轴形状和调试机器人联动修复路径。

22、s4、激光熔覆修复曲轴:在氩气保护下进行激光熔覆,完成曲轴修复,形成熔覆层。

23、优选地,所述渗氮曲轴修复工艺方本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末,其特征在于,按质量分数计,包括:纯Ti粉末2%~4%、纯Cr3C2粉末3%~5%、Fe基合金粉末余量;

2.根据权利要求1所述渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末,其特征在于,纯Ti粉和纯Cr3C2粉在渗氮曲轴修复用激光熔覆工艺形成的熔池内发生原位反应生成Ti(C,N)强化颗粒。

3.根据权利要求1所述渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末,其特征在于,纯Ti粉、纯Cr3C2粉和Fe基合金粉末的粒径范围为50~150μm。

4.一种渗氮曲轴修复工艺方法,其特征在于,包括以下步骤:

5.根据权利要求4所述渗氮曲轴修复工艺方法,其特征在于,所述待修复位置包括未完全磨损的渗氮层。

6.根据权利要求4所述渗氮曲轴修复工艺方法,其特征在于,所述激光熔覆的工艺参数包括:激光功率1600~1800W,扫描速度6~12mm/s,搭接率40%~50%,送粉量0.8~1.2r/min,光斑直径2.8mm,保护气流量15L/min。

7.根据权利要求4所述渗氮曲轴修复工艺方法,其特征在于,采用同步送粉的方式进行所述激光熔覆。

8.一种渗氮曲轴修复件,其特征在于,包括:曲轴基体、熔覆层和渗氮层;所述渗氮层位于所述曲轴基体表面;

9.根据权利要求8所述渗氮曲轴修复件,其特征在于,所述熔覆层的致密度>99.8%,表面硬度>50HRC。

...

【技术特征摘要】

1.一种渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末,其特征在于,按质量分数计,包括:纯ti粉末2%~4%、纯cr3c2粉末3%~5%、fe基合金粉末余量;

2.根据权利要求1所述渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末,其特征在于,纯ti粉和纯cr3c2粉在渗氮曲轴修复用激光熔覆工艺形成的熔池内发生原位反应生成ti(c,n)强化颗粒。

3.根据权利要求1所述渗氮曲轴修复用激光熔覆铁基复合粉末,其特征在于,纯ti粉、纯cr3c2粉和fe基合金粉末的粒径范围为50~150μm。

4.一种渗氮曲轴修复工艺方法,其特征在于,包括以下步骤:

5.根据权利要求4所述渗氮曲轴修复工艺方法,其特征在于,所述待修...

【专利技术属性】
技术研发人员:卢兵祝弘滨王聪李新康任欣章潇慧杨则云
申请(专利权)人:中车工业研究院有限公司
类型:发明
国别省市:

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