一种表面强化方法与流程

文档序号:12415438阅读:1950来源:国知局

本发明涉及属于农机触土刀具表面强化领域,特别涉及到一种深松铲的表面强化方法。



背景技术:

由于传统的翻耕存在很多弊端,保护性耕作技术作为一种新型的耕作方式越来越受到人们的重视,采用深松代替翻耕得到了广泛地推广和应用,市场对于深松铲的需求量逐年增大。在深松作业时,深松铲的工作环境极其恶劣,受到土壤、砾石、农作物秸秆等强烈的磨粒磨损。

目前,我国农机刀具使用的材料多为65Mn,然后对其进行淬火回火处理,但其难以满足日益增长的耕作强度要求,磨损严重、失效频繁,造成了不必要的材料损耗和能源浪费,甚至耽误农时、影响农业生产。运用表面工程技术,对价格低廉的普通碳钢表面进行强化处理,来提高其耐磨性能、延长深松铲的使用寿命对于促进农业生产、节约资源有重要的意义。氧乙炔火焰喷焊技术是近几年迅速发展起来的表面强化的重要手段之一,其特点是将高性能材料喷焊在廉价材料上,使得金属材料表面获得耐磨性能,然而喷焊层在腐蚀磨损过程中,往往与腐蚀介质发生作用,产生腐蚀磨损,张学萍等以Ni60、Ni60+20%WC、Ni60+35%WC三种合金粉末作为喷焊层,进行了干磨损、腐蚀磨损性能研究,结果表明,随着合金粉末中WC含量的增高,其耐磨性、耐蚀性均得到提高(张学萍等,三种Ni-WC合金粉末喷焊层耐磨性的研究,2000年9月第19卷第3期,46-49)。

韩照坤等也采用火焰喷焊技术在Q235普通碳素钢基体上制备了Ni60+50WC涂层,通过正交试验和多因素方差分析,研究了预热温度、乙炔流量、喷涂距离对涂层耐磨性的影响,优化了喷焊工艺参数:预热温度500℃,乙炔流量1000L/h,喷涂距离25mm。利用扫描电镜、光学显微镜、往复式摩擦磨损试验机和显微硬度计对喷焊层的显微组织、显微硬度和耐磨性进行了测试,并与原深松铲(65Mn)进行了耐磨性对比试验。结果表明:喷焊后深松铲的显微硬度约为原深松铲的2倍,摩擦系数约为原深松铲的1/2,使用寿命约为原深松铲的1倍,喷焊后的深松铲具有较好的耐磨性。(韩照坤等,深松铲NiWC喷焊层耐磨性研究,河北农业大学学报,2015年01期,)

但是,在深松铲上面喷焊NiWC,原料价格昂贵,并不适合现有农业机械低沉本、高耐用的使用要求,需要提供一种物美价廉的深松铲表面强化方法。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种深松铲的表面强化方法。

本发明提供的一种深松铲的表面强化方法,该方法包括以下步骤:通过氧乙炔火焰作为 热源,在深松铲表面喷焊Fe6自熔性合金粉末,并对喷焊后的涂层进行淬火处理。

具体的,所述表面强化方法包括以下步骤:将Fe6合金粉末加入喷焊枪粉斗中,点燃混合气体,调节乙炔的流量,得到合适的氧乙炔喷焊火焰,调节预热温度、喷涂距离、乙炔流量,然后对深松铲进行氧乙炔火焰喷焊表面强化,强化完成后对喷焊层进行淬火处理。

上述方法中:

所述Fe6合金粉末含有以下成分:C:0.8%,Cr:7.5%,Si:2%,Ni:32%,B:4%,其余为Fe。

所述喷焊枪为P6-2/h型氧乙炔火焰喷焊枪;

所述粉末装入喷焊枪粉斗的量,一般装满,可对数十个铲尖进行连续喷焊。

所述混合气体中:氧气的气体压力为0.3~0.5MPa,乙炔的气体压力为0.05~0.1MPa,优选地,氧气的气体压力为0.3MPa,乙炔的气体压力为0.08MPa;

所述预热温度为250~350℃,优选为300℃;

喷焊距离为10~20mm,优选为20mm;

涂层淬火温度为750~850℃,优选为800℃;

乙炔流量,16~18L·min-1,优选16L·min-1;

送粉量为300g·h-1。

优选地,所述深松铲表面强化方法包括以下步骤:

1)对深松铲基体表面喷砂粗化处理,直至出现金属光泽;

2)用99.5%的丙酮溶液清洗深松铲表面,风干或吹干;

3)将Fe6粉末加入喷焊枪粉斗中;

4)将0.3~0.5MPa氧气和0.05~0.1MPa乙炔气体通入喷枪在喷嘴处点燃,调节氧气和乙炔气体的流量,使氧乙炔火焰达到中性焰;

5)用氧乙炔氧化焰作为热源对深松铲表面进行预热,预热温度300℃;

6)预热完成后,按下喷枪粉阀柄进行送粉,送粉量300g·h-1,保持喷焊距离10~20mm进行氧乙炔火焰喷焊,喷焊厚度1mm左右;

7)喷焊完成后,对涂层进行750~850℃水冷淬火。

本发明还提供了上述方法制备的深松铲。

本发明提供的深松铲表面强化方法具有以下优点:

1、基于现有技术中将铁电镀到深松铲的难度,本发明采用的原料为Fe6合金粉末,强化材料为Fe6合金粉末,该粉末材料在500℃以下表现为较好的耐磨损、耐弱酸腐蚀性能。相比于价格较贵的镍基、钴基等耐磨合金粉末,其原料来源广泛,价格便宜。

2、强化工艺的研究:

在深松铲上镀铁是一个较为便宜的方法,但是在深松铲上镀铁的方法不可行:其一,镀铁俗称镀钢,其主要目的为尺寸的快速恢复,实现镀铬、镀镍等工艺难以达到的尺寸,耐磨性、硬度与基体相当,达不到表面强化的目的。其二,镀铁需要专用的电镀设备,而深松铲只需要在铲尖表面强化,而其他部位需要防护处理,工艺相对复杂。

因此,发明人经过多次研究,最终确定采用氧乙炔喷焊方法将Fe6合金粉末喷焊到深松铲的上面。氧乙炔喷焊NiWC粉末具有较好的耐磨性能,但实践发现,喷焊NiWC粉末时,单位面积加热熔化时间长,易出现未融化的颗粒堆积,表面成型差,尤其随着WC含量的增加,此现象更为明显。与喷焊NiWC粉末相比,Fe6合金粉末成本低、润湿性好、可熔性好,成型质量高。

另外,本发明在强化工艺中,首先将火焰调成氧化焰,焰流明亮刺眼,弧短小,约为6~8mm,然后利用明亮短弧焰流对工件进行快速预热处理。当达到预热温度后将火焰调成中性焰,即呈现内焰、外焰、焰芯三部分,按一步法(喷、熔交替)进行喷焊处理,喷焊时利用内焰加热。。其中通过预热可以去除试件表面潮气,减小喷焊层与基体的温差,提高结合强度,保证喷焊质量;内焰位于焰芯前2-4mm处,温度高达3000℃以上,加热快,熔融效率高。2、本发明提供的方法其设备简单、操作方便易行、经济性良好、易于推广应用。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。

所述Fe6合金粉末,购自上海铸宇材料科技有限公司。

实施例1:在深松铲表面强化方法

1)首先对深松铲基体表面进行喷砂粗化处理,除去其表面的铁锈、油污和氧化层等杂质,直至出现金属光泽。

2)采用浓度为99.5%的丙酮溶液清洗深松铲表面,并用吹风机吹干。

3)将Fe6粉末加入P6-2/h型氧乙炔火焰喷焊枪粉斗中。

4)将0.3MPa氧气和0.08MPa乙炔气体通入喷枪在喷嘴处点燃,调节氧气和乙炔气体的流量,使氧乙炔火焰达到中性焰。

5)在调节氧乙炔火焰时,将火焰调成氧化焰,焰流明亮刺眼,弧短小,约为6~8mm,然后利用明亮短弧焰流对深松铲进行快速预热处理,预热温度300℃。

6)预热完成后,按下喷枪粉阀柄进行送粉,送粉量300g·h-1,保持喷焊距离20mm进行氧乙炔火焰喷焊,喷焊厚度1mm左右。

当达到预热温度后将火焰调成中性焰,即呈现内焰、外焰、焰芯三部分,按一步法进行喷焊 处理,喷焊时利用内焰加热。

7)喷焊完成后,在不同淬火温度下进行水冷淬火处理,淬火温度分别为750℃、800℃、850℃、淬火时间为3~5s。

8)淬火处理。

9)采用MH-6型显微硬度计分别对不同淬火温度的喷焊层表面进行显微硬度测试,其结果如表1所示:

表1:不同淬火温度,深松铲的硬度值

由表1可知,与未淬火的喷焊层洛氏硬度(平均57.8HRC)相比,经过淬火后的喷焊层硬度均有所提高,其中当淬火温度达到了800℃时,洛氏硬度达到了最高值67HRC。

实施例2:在深松铲表面强化方法

1)首先对深松铲基体表面进行喷砂粗化处理,除去其表面的铁锈、油污和氧化层等杂质,直至出现金属光泽。

2)采用浓度为99.5%的丙酮溶液清洗深松铲表面,并用吹风机吹干。

3)将Fe6粉末加入P6-2/h型氧乙炔火焰喷焊枪粉斗中。

4)将氧气和乙炔气体通入喷枪在喷嘴处点燃,调节氧气和乙炔气体的流量,使氧乙炔火焰达到中性焰,。

5)在调节氧乙炔火焰时,将火焰调成氧化焰,焰流明亮刺眼,弧短小,约为6~8mm,然后利用明亮短弧焰流对深松铲进行快速预热处理,预热温度300℃。

6)预热完成后,按下喷枪粉阀柄进行送粉,送粉量300g·h-1,保持喷焊距离20mm进行氧乙炔火焰喷焊,喷焊厚度1mm。

当达到预热温度后将火焰调成中性焰,即呈现内焰、外焰、焰芯三部分,按一步法进行喷焊处理,喷焊时利用内焰加热。

7)喷焊完成后,800℃水冷淬火处理,淬火试件3~5s。

8)对淬火后的试件进行磨料磨损试验,具体实验条件为:

95%石英砂(磨料尺寸1.0~1.5mm)和5%的膨润土;磨料的含水量控制在3%~5%;铲尖旋转半径为50cm;筒内磨料厚度:30cm;转速为30r/min;室温实验环境。

9)深松铲的制备方法:包括实施例2的方法和现有方法,其中现有方法是将65Mn铲尖整体加热到810-830℃整体淬火,然后整体在180~200℃回火。

10)现有方法与实施例2的方法磨料磨损结果分别见表2、表3。

表2:现有方法处理的深松铲(65Mn淬火)

表3:实施例2提供的深松铲

农机刀具最常见失效为磨损失效,而提高刀具表面的硬度能显著提高其耐磨损性能。通过磨损磨损失重实验对其耐磨性能进行有效评估。表1-3表明,与传统强化方法相比,经过氧乙炔喷焊Fe6金属粉末的试件有较高的硬度和较好的耐磨性能。该方法能够有效提高深松铲的耐磨性能。由表2知,现有的方法处理的深松铲磨损量为2.576g,而实施例2方法处理的深松铲磨损量为2.228g(见表3),磨损量减少,耐磨性能提高。

结果表明:本发明提供的深松铲的表面强化方法较之现有技术相比,价格便宜,操作简单,耐磨性能高。

虽然,上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验,对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。

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