专利名称：一种双合金熔覆层眼镜板及制备方法
技术领域：
本发明涉及混凝土泵车眼镜板以及激光熔覆表面技术，属于激光加工技术领域。
背景技术：
S形泵送分配阀是混凝土泵的关键部件，连接输送缸和输送管，协调各部件动作的机构，直接影响混凝土泵的使用性能。眼镜板是S阀中的易磨损零件，与混凝土输送缸连通，运动部件S管在摆动油缸的驱动下，将混凝土从一侧混凝土缸口切换到另一侧混凝土缸口上，切割环随S管贴着眼镜板运动，与眼镜板构成切换摩擦副。由于工作介质是混凝土，切割环的快速摆动使眼镜板产生强烈的磨粒磨损，同时承受切断石子时产生的冲击力及剪切力。传统的眼镜板是由眼镜板母体与拼接的硬质合金钎焊而成，眼镜板的主要失效形式是磨损、硬质合金的碎裂崩块失效。眼镜板和切割环之间的磨损属于磨粒磨损。磨损首先表现为眼镜板孔口棱角磨钝，并形成较小的圆弧面楔形口，随着参与磨损的磨料粒径的增大，磨损间隙也随之增大，眼镜板与切割环之间的密封性能变差并直接影响到混凝土泵的输送能力。而随着泵送高度的增加，眼镜板的冲击剪切会增大，磨损更剧烈，硬质合金碎裂崩块的几率大大增加。影响眼镜板使用寿命的主要因素是硬质合金的崩块现象，而不在于材料本身的正常磨损，因此改善硬质合金的韧性以及硬质合金与眼镜板母体的结合力成为要解决问题的关键。基于以上失效因素，造成眼镜板的使用方量仅为30000m3左右，远不能满足实际需要。中国专利03114161. 7采用铸造的方式完成眼镜板母体与硬质合金的结合，但铸造过程最硬质合金有显著的热冲击。中国专利200610136821. 3提供了一种耐磨眼镜板和耐磨切割环，在钢坯外表面和通孔内铸造颗粒增强钢基复合耐磨材料。中国专利 200710187135. 3提供了一种混凝土输送泵用眼镜板和切割环，采用硬质合金环仍采用拼接方式。中国专利201010186989. 1采用镍包金刚石或立方氮化硼复合镀层制备眼镜板和切割环，但材料成本较高。以上传统的常规方法仍有不尽人意的方面，眼镜板的使用寿命尚需进一步提高。 激光熔覆技术可实现工件的强化及制造，具有广阔的应用前景。激光熔覆技术比常规涂层方法有更明显的优点，可以实现涂层与基体之间的冶金结合，涂层厚度可以实现比较精确的控制，可对涂层材料的成分进行灵活调整。为了提高眼镜板的使用寿命，并根据眼镜板不同工作部位的失效特点，有针对性的激光熔覆不同的合金材料，达到节省贵重金属材料、降低处理成本的目的。
发明内容
为解决眼镜板的磨损及硬质合金的崩块问题，提高眼镜板的使用寿命并降低制造成本，提供一种双合金熔覆层眼镜板及制备方法。本发明在眼镜板基体(普通碳钢)1的内孔部2、眼镜内环部3激光熔覆铁基合金，在眼镜外环部4激光熔覆高耐磨镍钨合金涂层，获得一种双合金耐磨层眼镜板；所述的铁基合金，其化学成分为C :0. 40-0. 70wt B 2. 0-3. Owt Cr 20-24wt%,Ni :4-7wt%,Si :1. 8-3. 0wt%、余量 Fe。所述的镍钨合金，其化学成分为C 2. 2-2. 7wt Cr :10-13wt Si
1.8-2. 8wt%,ff :50-60wt%,B :1. 5-2. 4wt%、余量 Ni。本发明的一种双合金耐磨层眼镜板及制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)采用等离子切割或激光切割的方式从碳钢板材上得到眼镜板母体。(2)对眼镜板基体进行机械加工，在眼镜板两个孔的内表面预留2. 5-3. Omm的后续熔覆厚度，并加工眼镜板安装孔。(3)将眼镜板安装于带旋转机构的工作台上，采用铁基合金进行眼镜板内孔的激光熔覆。内孔熔覆结束后，将眼镜板安装于用铸铁制造的水平工作台面上，采用铁基合金进行眼镜板内环面的激光熔覆，铁基合金的熔覆搭接率为50% _60%，熔覆厚度为
2.8-3. Omm0(4)眼镜板内环面激光熔覆结束后，采用镍钨合金进行眼镜板外环面及孔间弧面区域的激光熔覆，镍钨合金的熔覆搭接率为50% -60%，熔覆厚度为2. 8-3. 0mm。(5)眼镜板去应力热处理在450-500°C保温8小时，然后随炉缓冷；(6)完成激光熔覆层的磨削处理。。本发明的效果体现在激光熔覆所用材料不同于常规制造硬质合金的粉末，镍钨硬质合金具有一定的自熔性，材料配比自主研发，适合于激光熔覆工艺。另外采用韧性较好且耐磨的材料做为孔口材料，对硬度较高的镍钨合金有一定的保护作用，不致于在使用时脱落。
图1是眼镜板基体及各部位熔覆层示意2是圆弧段激光熔覆轨迹示意图1.眼镜板基体2.内孔熔覆层3.内环面熔覆层4.外环面熔覆层5.安装孔6.圆弧段熔覆轨迹
具体实施例方式实施例1(1)选取35钢为眼镜板基材，并按照图纸采用激光切割的方式获得精度较高的眼镜板基体(眼镜板外轮廓及两个孔切割)，基体厚度30mm ；(2)对眼镜板基体进行机械加工，在眼镜板两个孔的内表面预留3. Omm的后续熔覆厚度，并加工眼镜板安装孔。(3)激光熔覆装备采用Trumpf 6000瓦C02激光器(波长10. 6um)，同轴熔覆头， 双筒送粉器，其中一筒装填铁基合金粉末，另外一筒装填镍钨硬质合金粉末。所用铁基合金的化学成分为 C 0. 70wt%,B 3. 0wt%,Cr :24wt%,Ni :7wt%、Si :3. 0wt%、余量 i^e。所用镍钨合金的化学成分为 C 2. 7wt%, Cr :13wt%, Si :2. 8wt%, W :60wt%, B :2. 4wt%、余量Ni。
(4)将眼镜板安装于带旋转机构的工作台上，采用铁基合金进行眼镜板内孔的激光熔覆，光斑直径4. Omm,熔覆功率3KW，激光扫描线速度300mm/min，送粉速率20g/min，熔覆搭接率为50 %，熔覆厚度为3. 0mm。(5)内孔熔覆结束后，将眼镜板安装于用铸铁制造的水平工作台面上，采用铁基合金及与内孔相同工艺参数进行眼镜板内环面(图1中^与Φ2之间的区域)的激光熔覆， 内环面半径方向为4. 0mm。(6)采用镍钨合金进行眼镜板外环面(图1中Φ2与Φ3之间的区域)的激光熔覆，激光熔覆功率2. 6KW，熔覆搭接率为50 %，激光扫描线速度300mm/min，送粉速率20g/ min，熔覆厚度为3. 0mm，熔覆轨迹为同心圆。(7)采用镍钨合金进行眼镜板两孔间圆弧段(两个。3与队、1 2围成的区域)的激光熔覆，激光熔覆功率2. 6KW，激光扫描线速度300mm/min，送粉速率25g/min，熔覆搭接率为50%，熔覆厚度为3. 0mm，熔覆轨迹为同心圆弧，圆弧长度由圆弧段与Φ3圆的交点确定， 熔覆轨迹如图2所示。(8)眼镜板去应力热处理在500°C保温8小时，然后随炉缓冷；(9)完成圆环面与圆弧面激光熔覆层的磨削处理(内孔不加工)，机械加工后获得 2. 5mm厚的熔覆层。实际使用效果表明，与传统钎焊硬质合金眼镜板相比，激光熔覆制造的双合金眼镜板的使用方量显著提高，达到50000m3以上，且超硬熔覆层无脱落或崩落现象。实施例2(1)选取45钢为眼镜板基材，并按照图纸采用激光切割的方式获得精度较高的眼镜板基体(眼镜板外轮廓及两个孔切割)，基体厚度30mm ；(2)对眼镜板基体进行机械加工，在眼镜板两个孔的内表面预留3. Omm的后续熔覆厚度，并加工眼镜板安装孔。(3)激光熔覆装备采用4000瓦光纤输出的半导体激光器(波长1070nm)，同轴熔覆头，双筒送粉器，其中一筒装填铁基合金粉末，另外一筒装填镍钨硬质合金粉末。所用铁基合金的化学成分为 C 0. 55wt%, B 2. 5wt%, Cr :22wt%, Ni 5. 5%, Si :2. 4wt%、余量 I^e。所用镍钨合金的化学成分为 C 2. 4wt%, Cr :11. 5wt%, Si :2. 3wt%,ff :55wt%、B 1. 9wt%、余量 Ni ；(4)将眼镜板安装于带旋转机构的工作台上，采用铁基合金进行眼镜板内孔的激光熔覆，光斑直径3. Omm,熔覆功率2. 5KW，激光扫描线速度340mm/min，送粉速率Mg/min， 熔覆搭接率为55%，熔覆厚度为3. 0mm。(5)内孔熔覆结束后，将眼镜板安装于用铸铁制造的水平工作台面上，采用铁基合金及与内孔相同工艺参数进行眼镜板内环面(图1中^与Φ2之间的区域)的激光熔覆， 内环面半径方向为3. 0mm。(6)采用镍钨合金进行眼镜板外环面(图1中。2与Φ3之间的区域)的激光熔覆， 激光熔覆功率2. 3KW，激光扫描线速度340mm/min，送粉速率Mg/min，熔覆搭接率为55%， 熔覆厚度为2. 9mm，熔覆轨迹为同心圆。(7)采用镍钨合金进行眼镜板两孔间圆弧段(两个。3与队、1 2围成的区域)的激光熔覆，激光熔覆功率2. 3KW，激光扫描线速度340mm/min，送粉速率^g/min，熔覆搭接率为，熔覆厚度为2. 9mm，熔覆轨迹为同心圆弧，圆弧长度由圆弧段与Φ3圆的交点确定， 熔覆轨迹如图2所示。(8)眼镜板去应力热处理在500°C保温8小时，然后随炉缓冷；(9)完成圆环面与圆弧面激光熔覆层的磨削处理(内孔不加工)，机械加工后获得 2. 5mm厚的熔覆层。实际使用效果表明，与传统钎焊硬质合金眼镜板相比，激光熔覆制造的双合金眼镜板的使用方量显著提高，达到48000m3以上，且超硬熔覆层无脱落或崩落现象。实施例3(1)选取45钢为眼镜板基材，并按照图纸采用激光切割的方式获得精度较高的眼镜板基体(眼镜板外轮廓及两个孔切割)，基体厚度30mm ；(2)对眼镜板基体进行机械加工，在眼镜板两个孔的内表面预留3. Omm的后续熔覆厚度，并加工眼镜板安装孔。(3)激光熔覆装备采用3000瓦光纤输出的半导体激光器(波长808-975nm)，同轴熔覆头，双筒送粉器，其中一筒装填铁基合金粉末，另外一筒装填镍钨硬质合金粉末。所用铁基合金的化学成分为 C 0. 40wt%, B 2. OwtCr :20wt%, Ni 4%, Si :1. 8wt%、余量 Fe。所用镍钨合金的化学成分为 C 2. 2wt%, Cr :10wt%, Si 1. 8wt%, W :50wt%, B
1.5wt%、余量 Ni ；(4)将眼镜板安装于带旋转机构的工作台上，采用铁基合金进行眼镜板内孔的激光熔覆，光斑直径3. Omm,熔覆功率2. 3KW，激光扫描线速度350mm/min，送粉速率25g/min， 熔覆搭接率为50%，熔覆厚度为3. 0mm。(5)内孔熔覆结束后，将眼镜板安装于HT200制造的水平工作台面上，采用铁基合金及与内孔相同工艺参数进行眼镜板内环面(图1中^与Φ2之间的区域)的激光熔覆， 内环面半径方向为3. 0mm。(6)采用镍钨合金进行眼镜板外环面(图1中。2与Φ3之间的区域)的激光熔覆， 激光熔覆功率2. 0KW，激光扫描线速度350mm/min，送粉速率25g/min，熔覆搭接率为60%， 熔覆厚度为2. 8mm，熔覆轨迹为同心圆。(7)采用镍钨合金进行眼镜板两孔间圆弧段(两个。3与队、1 2围成的区域)的激光熔覆，激光熔覆功率2. OKff,激光扫描线速度350mm/min，送粉速率30g/min，熔覆搭接率为60%，熔覆厚度为2. 8mm，熔覆轨迹为同心圆弧，圆弧长度由圆弧段与Φ3圆的交点确定， 熔覆轨迹如图2所示。(8)眼镜板去应力热处理在500°C保温8小时，然后随炉缓冷；(9)完成圆环面与圆弧面激光熔覆层的磨削处理(内孔不加工)，机械加工后获得
2.5mm厚的熔覆层。实际使用效果表明，与传统钎焊硬质合金眼镜板相比，激光熔覆制造的双合金眼镜板的使用方量显著提高，达到45000m3以上，且超硬熔覆层无脱落或崩落现象。
权利要求
1.一种双合金耐磨层眼镜板，其特征在于在眼镜板基体的内孔部以及眼镜内环部激光熔覆有铁基合金，在眼镜外环部激光熔覆有镍钨合金；所述的铁基合金，其化学成分为 C 0. 40-0. 70wt %, B 2. 0-3. Owt Cr :20-24wt%, Ni :4-7wt%,Si :1. 8-3. Owt%、余量 Fe ；所述的镍钨合金，其化学成分为 C 2. 2-2. 7wt%, Cr :10_13wt%、Si :1. 8-2. 8wt%,ff 50-60wt%,B :1. 5-2. 4wt%、余量 Ni。
2.根据权利要求1所述一种双合金耐磨层眼镜板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)采用等离子切割或激光切割的方式从碳钢板材上得到眼镜板母体；(2)对眼镜板基体进行机械加工，在眼镜板两个孔的内表面预留2.5-3. Omm的后续熔覆厚度，并加工眼镜板安装孔；(3)将眼镜板安装于带旋转机构的工作台上，采用铁基合金进行眼镜板内孔的激光熔覆；内孔熔覆结束后，将眼镜板安装于用铸铁材质制造的水平工作台面上，采用铁基合金进行眼镜板内环面的激光熔覆，铁基合金的熔覆搭接率为50% _60%，熔覆厚度为 2. 8-3. Omm ；(4)眼镜板内环面激光熔覆结束后，采用镍钨合金进行眼镜板外环面及孔间弧面区域的激光熔覆，镍钨合金的熔覆搭接率为50% -60%，熔覆厚度为2. 8-3. Omm ；(5)眼镜板去应力热处理在450-500°C保温8小时，然后随炉缓冷；(6)完成激光熔覆层的磨削处理。
全文摘要
一种双合金熔覆层眼镜板及制备方法涉及混凝土泵车眼镜板领域。本发明在眼镜板基体的内孔部以及眼镜内环部激光熔覆有铁基合金，在眼镜外环部激光熔覆有镍钨合金；所述的铁基合金，其化学成分为C0.40-0.70wt％、B2.0-3.0wt％、Cr20-24wt％、Ni4-7wt％、Si1.8-3.0wt％、余量Fe；所述的镍钨合金，其化学成分为C2.2-2.7wt％、Cr10-13wt％、Si1.8-2.8wt％、W50-60wt％、B1.5-2.4wt％、余量Ni。本发明为了提高眼镜板的使用寿命，并根据不同工作部位的失效特点，激光熔覆不同的合金材料，达到节省贵重金属材料、降低处理成本的目的。
文档编号F04B53/00GK102517578SQ20111043892
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者杨胶溪 申请人:北京工业大学