[发明专利]一种激光熔覆用高温高耐磨合金粉末材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种激光熔覆用高温高耐磨合金粉末材料及制备方法，针对FeCrNiMo普通耐磨合金粉末，设计添加W、Mo、Cr、V合金元素，实现强度较高，硬度较高，具有一定耐高温耐磨损性能的合金粉末材料；并进一步添加Si、B、Ce合金元素，使合金粉末可以获得优越的激光熔覆性能，并配合相应设计的制备方法，获得所设计合金粉末材料，在实际激光熔覆应用操作下，从根本上解决、并提高了表面强化材料的抗裂性、成型性、表面平整性、工艺稳定性和成分均匀性，进而完美实现了合金粉末在高温耐磨工件表面上形成新的合金覆层。

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆用高温高耐磨合金粉末材料及制备方法，属于材料科学技术领域。

背景技术

磨损是零部件失效的一种基本类型。一般来讲，磨损是指零部件几何尺寸（体积）变小。 零部件失去原有设计所规定的功能即为失效。机械零件在使用一定时间后，会不同程度发生磨损，零件磨损、划伤以及尺寸超差约占机械零件失效的70%。设备部件大多数为金属材质，由于其强度高，硬度大，部件在生产运行过程中受到振动冲击和其它的复合力的作用下，经常导致金属部件产生“硬对硬”关系，随着时间加长，部分冲击变形成为永久变形，恢复应力下降，形成间隙，无法满足运行要求的配合，导致硬度相对较低的部件磨损。已发生磨损失效的零部件，不修复将影响机械的工作性能，严重时会导致机械故障停机或损坏，甚至引发事故导致机械报废。

冶金连轧线的热轧辊是轧制生产的关键部件，因具有良好的导热和抗热疲劳能力而常被用作中轧过渡道次轧辊。这些轧辊不仅工作时受到较大的工作压力及冲击作用，而且表面直接和高于1000℃的高温轧材接触，因而容易导致磨损和热疲劳。

热轧线上配套的其它工件如导卫、推钢板和传输辊等也是在同样工况条件下使用的，同样存在高温磨损失效。这些零部件的磨损失效也对轧制的钢材表面质量有很大的影响。

大型轧钢机的轧辊，尺寸大、精度高、价格昂贵，频繁的更换致使钢厂的吨钢轧辊成本相当高昂。因而，采用适当的工艺对轧辊及其它配套零部件表面进行修复或强化处理，提高工作表面的耐磨性和抗热疲劳性，是目前钢铁企业降低成本、提高工效的有效措施。

通过对热轧辊和各种耐磨板表面进行高温耐磨合金材料的激光熔覆强化处理，使工件表面的硬度较基体硬度大幅提高，可以达到HRC 55~60，甚至最高可达到HRC62~64。大量试验和生产实践证明，激光表面强化处理后的轧辊的过钢量可翻倍提高，且轧辊表面磨损均匀，强化效果十分明显。各种耐磨板表面强化后，提高了高温抗磨损性能，有效改善了轧制钢材的表面质量。这样不仅大大降低了轧钢成本，减少了停机换辊换备件时间，提高了轧机的生产效率，而且降低了轧钢工人的劳动强度，获得了显著的经济效益和社会效益。

试验表明，采用合适的激光处理参数，可以获得深达超过2毫米的表面硬化层，硬度最高可达HRC62。其显微组织由一定厚度的熔凝层、相变层和具有红硬性的合金覆层所组成。熔覆层的硬度值达到最大，而且在整个强化厚度区基本保持一致。这是因为该区域在快速加热下仍保留了较多的碳化物，并使其呈细小的分布状态，故硬度值较高。值得指出的是，硬化层的硬度分布几乎无变化梯度，这对提高零件的高温耐磨损寿命十分重要。常规热处理硬化层的硬度从表面到内部有明显的硬度下降梯度，表面硬度最高，耐磨性最好，但随着服役时间增加，表面逐渐被磨去，接触面的硬度值逐渐降低，磨损随之加剧，最终导致因磨损量过大而失效。而高温耐磨材料激光强化的硬化层硬度值保持在高值，当表面磨去后，新的接触面的硬度值并未下降，高温耐磨性仍然很好，因而不会发生高温条件下磨损随之加剧的现象，大大提高了耐磨损寿命。另一方面，合金强化覆层里还具有较高的压应力，这也有利于改善轧辊及各种板材的耐磨性和抗热疲劳性。

对于失效的热轧辊和耐磨板，目前最有效、最经济的修复方法是采用激光熔覆技术结合高温耐磨损合金粉末材料，进行激光加工。它有效地避免了其它修复方法所带来的局限性和风险，有效地提升了轧辊工作表面的高温耐磨性能，周期短，效率高，使用寿命提高显著。