一种用埋弧堆焊和激光熔覆修复磨损热轧辊的方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种磨损部件埋弧堆焊和激光烙覆修复的方法，特别设及一种用埋 弧堆焊和激光烙覆修复磨损热社漉的方法，属于表面处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 热社漉是社钢生产过程中的关键工具，在工作时承受机械载荷、热载荷和摩擦力 的作用，热社漉表面应具有良好的耐磨和耐热性能W及良好的抗断裂性能，运直接决定热 社产品质量，而且社漉使用周期的长短与产品的成本密切相关。因此提高热社漉表面耐磨 性的研究已引起了国内外的广泛重视，热社漉的材料不断得到改进和发展。为了提高热社 漉的表面耐磨性，热社漉的材料不断地得到改进，其基本的发展过程是从冷硬铸铁到高铭 铸铁到半高速钢和高速钢。
[0003] 热社漉的主要破坏形式为热疲劳破坏，即社漉表面发生龟裂和剥落现象，同时，社 漉因过度磨损而报废也是其主要失效原因之一，社漉表面一旦出现磨损失效，将导致整个 社漉报废，将引起巨大的材料浪费。因此对磨损失效的热社漉修复强化成为长期困扰社漉 制造行业的重大难题。
[0004] 堆焊修复是社漉修复领域研究最多的技术，中国发明专利CN103418923A公开了 一种磨损社漉的堆焊修复方法，其特征在于先将磨损社漉的磨损表面进行车削加工，然后 在加工表面上堆焊高强初过渡层，再在过渡层上堆焊耐磨工作层，然后对堆焊修复社漉进 行热处理，最后精加工至规定尺寸和精度，该发明通过开发新型堆焊材料和堆焊工艺，实现 磨损社漉堆焊修复层的高强度、高硬度，硬度均匀性好，具有良好的耐磨性和抗疲劳性能， 从而实现堆焊修复社漉的延寿，堆焊修复主要是采用适合的工艺和合适的堆焊材料将磨损 的社漉恢复到原始尺寸，修复材料成本相对比较低，修复效率高，主要缺点是堆焊时容易产 生裂纹、夹渣等缺陷，硬度和表面耐高溫耐磨性不够高。 阳〇化]激光烙覆技术是一种高效、节能和环保的表面改性技术，它通过烙覆材料在基体 表面快速烙凝，提高材料的表面性能，在航空航天、军事、汽车、造船、钢铁等领域有着巨大 的应用前景，与传统的表面改性技术相比，激光烙覆具有烙覆层稀释率低、使用材料体系范 围广、结合强度高、对基体材料热影响较小、可对失效零部件进行部分修复、涂层厚度可控、 易于实现自动化等优点，可W提高材料表面的耐磨、耐腐蚀、耐高溫抗氧化等性能，同时降 低贵重金属的消耗，因此该技术在材料表面改性方面具有广阔的应用前景，在提高社漉表 面耐磨性、延长社漉使用寿命方面得到了广泛的研究。中国发明专利CN104404510A公开了 一种激光烙覆制备梯度修复冷社漉的方法，主要包括对冷社漉的待修复区进行打磨、清洁 和喷砂处理，在冷社漉的待修复区表面铺置针剂，再将针料粉末铺置在针剂上，通过高溫加 热方式制备得到第一过渡层，将过渡粉末铺置在第一过渡层表面，通过激光烙覆操作制备 得到第二过渡层，最后将合金粉末铺置在第二过渡层表面，通过激光烙覆操作制备得到第 Ξ梯度层，主要从烙覆层的结构设计入手，将烙覆层设计为具有多层结构的合金梯度层，解 决了冷社漉修复后易产生裂纹、结合强度较低、易产生脱落等问题。激光修复的主要缺点是 激光烙覆材料成本高、烙覆效率低。
[0006] 本发明将堆焊技术和激光烙覆技术有机结合起来，发挥各自的技术优势，避开各 自的不足，该方法中的堆焊技术相比单一的堆焊修复降低了技术要求，采用低合金、低含碳 量的焊接材料，降低了堆焊过程中开裂的可能性，使得修复的成功率大幅度提高，堆焊过程 中主要完成了对社漉尺寸的修复，由于社漉尺寸基本上符合要求，所W并不需要较多的高 成本的激光烙覆材料，相比单一激光烙覆修复社漉大大降低了修复成本，通过激光烙覆后 工作表面性能好，修复速度快，且不受社漉形状限制，修复成功率高。
【发明内容】
[0007] 本发明针对现有磨损热社漉在修复过程中存在的问题，通过埋弧堆焊和激光烙覆 相结合的新型工艺，实现磨损热社漉修复层与基体结合强度高，不容易开裂，修复层表面具 有高强度、高硬度、良好的耐磨性和抗疲劳性能，从而实现修复热社漉的延寿。
[0008] 本发明可W通过W下措施来实现：
[0009] 先用车床车削加工磨损热社漉的磨损表面，去除表面裂纹和疲劳层，然后在社 漉表面堆焊高强初过渡层，对堆焊修复的热社漉进行热处理，然后加工至小于成品直径 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层耐高溫磨损的工作 层，最后精加工至规定尺寸和精度。其具体工艺步骤为：
[0010] ①将磨损热社漉的磨损表面进行车削加工，去除磨损表面的疲劳层和裂纹，得到 光洁的社漉表面；
[0011] ②对社漉表面进行磁粉探伤检测有无裂纹，若有裂纹，局部继续车至无裂纹；
[0012] ③将社漉平稳放入加热炉预热，预热溫度300-350°C，预热保溫时间4-10小时，并 用红外线测溫仪测量溫度；
[0013] ④然后在上述磨损热社漉表面埋弧堆焊高强初过渡层，其堆焊完的尺寸比社漉成 品直径大3. 0-4. 5mm，社漉堆焊过程中，焊接层间溫度控制在200-300°C;
[0014]⑥将步骤④堆焊修复后的热社漉进行热处理，炉膛初始溫度应控制在280-350°C， 社漉随炉加热至560-600°C，保溫时间4-6小时，随炉冷却，溫度降至150°CW下出炉空冷至 室溫，然后加工至小于成品直径1. 2-1. 6mm;
[0015] ⑧最后在社漉堆焊表面，利用光纤激光器，配合激光同步送粉装置，激光烙覆一层 单边厚度为0. 7-1. 0mm耐高溫磨损的工作层，最后精加工至规定尺寸和精度。
[0016] 所述埋弧堆焊过渡层的化学成分及质量分数为：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%，余量为化和不可避免的杂质。
[0017] 所述激光烙覆耐高溫磨损工作层的化学成分及质量分数为：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 为Ni和不可避免的杂质。
[0018] 本发明在堆焊过渡层中，碳含量控制在0. 15~0.25%，在堆焊材料的设计中，C是 最重要的强化元素，同时也是致脆元素，C具有间隙固溶强化的作用，使堆焊层具有很好的 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起到固溶强化的作用，有利于堆焊层强度的提高。加入0. 06~ 0. 09%Υ，可w细化和净化堆焊层材料，提高堆焊层初性和塑形。
[0019] 本发明在激光烙覆耐磨工作层中，WNi合金为基体，加入1. 1~1.4%C，15~ 18%化，3. 0~4. 5%W，3. 0~4. 5%Mo,主要是提高工作层的硬度、耐磨性和抗高溫性能， 同时加入3. 5~5. 0%Si, 3. 0~4. 5%B，主要是B，Si都是造渣元素，在烙覆层表面覆盖 一层较薄的烙渣。激光烙覆过程中形成的烙渣可W隔绝环境气氛，避免合金元素的烧损和 氧化。
【附图说明】
[0020] 图1为埋弧堆焊和激光烙覆复合修复热社漉结构示意图。
[0021] 图1中，1-热社漉基体部分，2-埋弧堆焊过渡层，3-激光烙覆耐磨工作层。
[0022] 图2为实施例1所得烙覆层显微组织图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于W下实施例。 阳〇24] 实施例1 :
[00巧]一种社漉直径0450mm的磨损热社漉的埋弧堆焊和激光烙覆修复方法，社漉母体 材料为42CrMo,包括W下工艺步骤：先用车床车削加工磨损热社漉的磨损表面，去除表面 裂纹和孔桐，然后在社漉表面堆焊高强初过渡层，对堆焊修复的热社漉进行热处理，加工至 小于成品直径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层耐高溫磨 损的工作层，最后精加工至规定尺寸和精度。其具体工艺步骤为：
[0026] ①将磨损热社漉的磨损表面进行车削加工，单边车去5mm，去除表面的疲劳层和裂 纹，得到光洁的社漉表面；
[0027] ②漉面进行磁粉探伤检测无裂纹。
[0028] ③将热社漉平稳放入加热炉预热，预热溫度350°C，预热保溫时间4小时，用红外 线测溫仪测量溫度。
[0029] ④然后在上述磨损热社漉表面堆焊高强初过渡层，其堆焊完的尺寸比社漉成品直 径大3. 0mm，社漉堆焊过程中，焊接层间溫度控制在200-270°C;
[0030] ⑥将上述堆焊修复后的热社漉进行热处理，炉膛初始溫度应控制在280°C，社漉随 炉加热至600°C，保溫时间4小时，随炉冷却，溫度降至150°CW下出炉空冷至室溫，然后加 工至小于成品直径1. 2mm;
[0031] ⑧最后在社漉堆焊表面，利用6KW光纤激光