[发明专利]在Q550钢上激光熔覆Ni基合金+B4C增强相的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光熔覆技术领域，涉及一种高强钢表面的激光强化方法，具体涉及一种在Q550高强钢上激光熔覆Ni基合金粉末+碳化硼(B₄C)增强相的方法。

背景技术

近年来随着大功率激光器在工业应用中的迅速发展，激光熔覆技术得到广泛应用，金属材料的表面改性越来越受到人们的关注。利用激光熔覆技术在型材表面进行耐磨、耐腐蚀、耐高温等强化加工，既提高了零部件的使用寿命，又节约了能源和材料损耗，应用于现代工业设备的生产制造和修复，可以获得巨大的经济效益。例如在钢材表面利用激光熔覆技术制备Ni基熔覆层，使工件表面得到优异的耐腐蚀或耐磨性能。Q550高强钢广泛应用于煤矿机械液压支架制造中，由于液压支架在井下工作条件恶劣，局部损坏就会导致装备失效。采用激光熔覆技术修复Q550钢液压支架损坏部位或强化液压支架关键部位，可以大大延长液压支架使用寿命，获得良好的经济效益。

Q550高强钢作为很有发展潜力的钢种，对其破损部位进行激光熔覆有很好的应用前景。对于Q550高强钢的表面改性，目前可以采用的技术有堆焊、等离子弧喷涂和激光熔覆等。堆焊和等离子弧喷涂热输入量较大，对基体组织和性能有较大影响，存在基体软化或失强的问题。激光熔覆技术具有较大的灵活性，可以根据工件的服役条件选择合适的合金粉末，并且具有稀释率低，熔覆层组织细密，冶金结合牢固等优点。利用B₄C作为Ni基熔覆层的增强相已有部分研究，中国专利201310704996.X公开了一种钛合金激光熔覆表面强化方法，提到在Co42合金粉末中添加一定比例的B₄C强化相，生成TiC和TiB₂等增强相，增加熔覆层的耐磨性。

近年来，随着大功率激光器的工业化运用日益增多，激光熔覆技术出现熔覆层的稀释率增加，基材受热影响严重，熔覆层裂纹和气孔缺陷率上升等问题。现有的激光熔覆添加增强相的工艺只能针对一类工件，例如只针对轴类零件、小尺寸工件或者是大尺寸工件，还没有一种适用性较广的工艺；增强相与基体合金结合不够牢固，组织存在裂纹、气孔、夹渣等问题；现有的激光熔覆过程中都需要外加气体保护，成本较高、生产效率低。用控轧控冷技术(TMCP)制造的Q550高强钢在加工过程中，母材组织对热输入敏感，在大热输入条件下容易产生回火软化区造成母材失强。因此，在现有激光技术的条件下，如何选择熔覆合金粉末、如何优化激光熔覆参数，获得性能稳定的熔覆层、如何简化生产流程，控制成本，成为一个亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种在Q550钢上激光熔覆Ni基合金+B₄C增强相的方法，这种方法具有很好的灵活性和实用性，可以获得熔覆组织致密、无裂纹和无气孔缺陷、界面冶金结合良好、耐磨性和耐腐蚀性提高明显的熔覆层。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种在Q550钢上激光熔覆Ni基合金+B₄C增强相的方法，包括步骤如下：

1)对Q550钢表面进行打磨，去除油污和锈迹；

2)对Q550钢表面激光熔覆Ni基合金+B₄C增强层，激光熔覆的工艺参数如下：功率2.0～4.0kW，熔覆速度10～50cm/min，激光热源模式为圆光斑，直径5mm，送粉速率20～100g/min，采用同轴送粉方式，所述Ni基合金粉末，粒度为200～300目，Ni基合金粉末各成分的质量百分含量如下：C0.6％～1.0％，Cr14％～17％，Fe≤15％，Si3％～4.5％，B2.5％～4.5％，Mn0.5％～1.5％，其余为Ni，所述B₄C粒度为200～300目，在Ni基合金+B₄C混合粉末中的添加比例按质量分数计为3％～8％；

3)去除熔覆层表面的熔渣，待Q550钢冷却到室温后进行机械加工。

一种在Q550钢上激光熔覆Ni基合金+B₄C增强相的方法，包括步骤如下：

1)对Q550钢表面进行打磨，去除油污和锈迹；