[发明专利]剪切装备损伤刀具激光修复及强化的复合处理方法

说明书

技术领域：

本发明涉及机械制造与材料处理加工应用技术领域；具体涉及一 种剪切装备损伤刀具激光修复及强化的复合处理方法。

背景技术：

激光熔凝(LaserRemelting)又称激光上釉。它是利用高能激 光束在金属表面连续扫描，使表面薄层快速熔化，并在很高的温度梯 度作用下，以10⁵～10⁷℃/s的速度快速冷却、凝固，从而使材料表面 产生特殊的微观组织结构。激光熔凝所需的激光能量高，冷却快；表 面的裂纹和缺陷可以通过熔化过程焊合，表层成分偏析减少，形成高 度过饱和固溶体等亚稳定乃至非晶相，熔凝层组织非常细小，从而提 高了材料的综合机械性能。避免了常用方法焊接变形，热输入量较大， 热影响区极易出现热裂纹，使用过程中容易产生脱落、开裂等问题。

激光合金化(LaserSurfaceAlloying，LSA)是金属材料表面局 部改性处理的一种新方法。激光合金化技术属于材料表面改性处理的 范畴，在高能激光束的照射下，使基体材料的一薄层与根据需要加入 的合金元素同时快速熔化、混合，形成厚度为10～1000um的表面熔 化层。由于熔化层液体内存在着扩散作用和表面张力效应等物理现 象，使材料表面仅仅在很短时间内(50us～2ms)形成具有要求深度 和化学成分的表面合金化层，快速熔化非平衡过程可使合金元素在凝 固后的组织达到很高的过饱和度，从而形成普通合金化方法不容易获 得的化合物、介稳相和新相。这种合金化层由于具有高于基材的某些 性能，从而达到表面改性处理的目的。本专利介绍表面采用Ni60合 金粉进行激光合金化处理后，显微组织和相结构发生了显著变化，因 此表面硬度和耐磨性都得到了提高。

专利号为88109746.2的中国专利公开了激光修复金属铸件表面 缺陷工艺的方法，通过激光作用在金属铸件的表面缺陷处的基体材料 和其修复材料上，实现表面缺陷的快速修复。但利用表面修复材料在 强激光下进行修复一方面修复材料与基材的结合强度低，在随后的使 用中可能发生脱落，甚至造成二次损伤，另一方面此方法对其修复后 的材料硬度影响小，基本维持原材料硬度。本发明采用的激光熔凝技 术利用自身表面薄层快速熔化修复裂纹及缺陷，不存在后期脱落的问 题，而且由于熔凝层组织非常细小，熔凝层中马氏体转变产生的压应 力大，表面的裂纹和缺陷可以通过熔化过程焊合，可显著提高刀具表 面强度，耐磨性，疲劳寿命等机械性能。在随后进行的激光合金化过 程中形成的Ni-Cr-Si-B合金层可增强硬度达到1100HV以上，耐磨性 提升至少2.5倍，工艺简单，性价比高，不仅可以应用于剪切装备损 伤刀具的复合处理，还可以用于要求高耐磨、抗高温、易疲劳、微变 形的各种钢、铁及铁基粉末冶金零件，而且对承受高应力集中的关键 零部件都适用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种剪切装备损伤刀具激光修复及强化的 复合处理方法，它可快速修复损伤刀具表面缺陷，提升硬度等机械性 能，可实现连续化作业，延长刀具的使用寿命。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用如下技术方案： 它的复合处理方法为：

步骤一、对剪切装备损伤刀具进行表面预处理和无损检测；

步骤二：对检测出的剪切装备损伤刀具的缺陷部位进行激光熔凝 修复；

步骤三：对激光熔凝修复部位进行激光合金化。

所述的步骤一具体的处理方法如下：室温下对剪切装备损伤刀具 表面进行除油、除锈，并用丙酮清洗干净；之后对剪切装备损伤刀具 进行表面无损检测，精确定位损伤部位。

所述的步骤二具体的处理方法如下：在刀具损伤部位刷增强吸收 材料，并放置于恒温(200℃)箱中保温2h；采用HGL-6000型CO₂多功能数控激光器对损伤刀具缺陷部分进行激光熔凝修复，激光功率 为2500W，扫描速度为10mm/s，同时通氦气以保护激光熔凝部位；激 光熔凝结束后对损伤刀具表面进行抛光，清洗，干燥。

所述的步骤三的具体处理方法如下：将Ni60合金粉末经真空吸 入均匀沉降于损伤刀具激光熔凝部位，多层复合直至总厚度达0.3mm； 利用ML108型7kW的CO₂横流连续激光器加热并熔化基体表层进行激 光合金化处理，激光功率为3000W，扫描速度为6mm/s，宽带光束， 尺寸为20mm；通氦气作为保护气体。