混凝土泵车用耐磨切割环及其制作方法
【专利摘要】本发明属于混凝土泵车领域，特别涉及混凝土泵车用耐磨切割环及其制作方法。其中，该混凝土泵车用耐磨切割环包括由45号钢制成的切割环基体，切割环基体的表面覆盖有金属陶瓷层；以质量百分比计，金属陶瓷层包括以下原料：铬10～30%、硅5～12%、铁30～40%、碳5～13%、镍30～40%；其制作方法为：将原料制成混合粉末；将混合粉末覆盖在切割环基体的表面；通过激光熔覆，将混合粉末与切割环基体的表面熔凝，形成金属陶瓷层固定在切割环基体的表面。通过本发明提供的混凝土泵车用耐磨切割环，具有优异的耐磨性能的同时，还具有良好地塑性，使其不易在高温下崩裂，同时，综合性能好，使用寿命长。
【专利说明】混凝土泵车用耐磨切割环及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于混凝土泵车领域，具体而言，涉及混凝土泵车用耐磨切割环及其制作方法。
【背景技术】
[0002]切割环又叫耐磨环(Cutting Ring)，形状像圆环状，工作状态做剪切运动，是拖泵、泵车等混凝土泵送设备上较为重要的一种易损件，其使用寿命的长短直接影响着相关混凝土泵送设备的使用性能。在砼泵、泵车等混凝土机械上，切割环是混凝土泵送系统中的重要零件，与S形摆管相连接，在摆动油缸带动下，从一侧混凝土缸口摆动到另一侧混凝土缸口，在运动过程中切割环与切割环组成切换摩擦副。切割环在工作中同时承受冲击力、剪切力及摩擦力。
[0003]混凝土的连续泵送是由切割环在切割环上快速切断混凝土柱形成的。在混凝土泵送设备中，S管设置在料斗中并位于料斗底部上方，切割环安装在S管上并埋于料斗中的混凝土物料中，S管能够围绕其上的转轴转动以进行切换，从而导致切割环与混凝土物料发生挤压摩擦而产生磨损。
[0004]现有的切割环在结构上主要有两种:
[0005]第一种:切割环由基体及硬质合金环两部分构成，硬质合金环由若干弧形硬质合金块钎焊在基体上，为主要的耐磨构件。
[0006]第二种:在低碳钢或低碳合金钢中加入增强相颗粒，制备出颗粒增强耐磨复合材料，利用整体铸造法获得切割环。
[0007]现有的切割环具有的缺点如下:
[0008]第一种结构采用的硬质合金块硬度高，耐磨性较好，但在钎焊时会出现焊接不全、分布不均及气孔等缺陷，并且基体及铜钎焊的间隙部分耐磨性较差，磨损后硬质合金部分裸露，受混凝土石料的冲击磨损易出现崩裂，导致切割环很快失效。
[0009]第二种结构简单简便，获得的切割环综合性能较好，但在实际操作中，添加的增强相颗粒难以分布均匀，切割环的工作面硬度分布不均，使用中表面磨损情况不一，造成了切割环使用寿命的降低。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种不仅耐磨性能高而且塑性好，综合性能稳定，使用寿命长的混凝土泵车用耐磨切割环，同时还提供这种耐磨切割环的制作方法。
[0011]在本发明实施例提供的混凝土泵车用耐磨切割环，包括由45号钢制成的切割环基体，所述切割环基体的表面覆盖有金属陶瓷层；
[0012]以质量百分比计，所述金属陶瓷层包括以下原料:
[0013]铬10 ~30%、硅 5 ~12%、铁 30 ~40%、碳 5 ~13%、镍 30 ~40% ；
[0014]混凝土泵车用耐磨切割环的制备方法，包括以下步骤:[0015]步骤101:将所述原料制成混合粉末；
[0016]步骤201:将所述混合粉末覆盖在所述切割环基体的表面；
[0017]步骤301:通过激光熔覆，将所述混合粉末与所述切割环基体的表面熔凝，形成金属陶瓷层固定在所述切割环基体的表面。
[0018]通过本发明实施例提供的混凝土泵车用耐磨切割环，在由45号钢制成的切割环基体的表面通过激光熔覆将混合粉末熔覆在切割环基体上，形成耐磨性能有益，综合性能稳定的金属陶瓷层，使得制成的切割环具有优异的耐磨性能的同时，还具有良好地塑性，使其不易在高温下崩裂，同时，综合性能好，使用寿命长。
[0019]通过激光熔覆工艺，将混合粉末熔覆在切割环基体的表面，因为混合粉末中的铬和碳的熔点较高，在激光熔覆的过程中，铬和碳形成硬质相碳化铬，成为该金属陶瓷层主要的耐磨成分，提高了金属陶瓷层的耐磨性能。
[0020]在该工艺方法中，优选地，采用同步式激光熔覆，将混合粉末直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。在辐照的同时，将混合粉末熔覆在切割环基体的表面，形成金属陶瓷层，完成熔覆。
[0021]其中使用的激光束，优选地，采用CO2激光器，其效率高，光束质量好，工作稳定。
[0022]在进行激光熔覆之后，再进行后期热处理，最终制成成品。
[0023]该工艺方法简单，产品质量好，为制作混凝土泵车用的切割环降低了制作成本。
[0024]铁、镍的熔点相对较低，在激光熔覆的过程中，为液相烧结，能够加快金属陶瓷层的成型，而且在成形的过程中，铁、镍的内部原子颗粒会进行重新整合排列，晶粒尺寸也会得到控制，进而优化铁、镍以及生成的化合物的显微结构和性能，提高金属陶瓷层的工艺加工性能，使得金属陶瓷层具有较高的塑性。同时，在成形的过程中，能够填补大的颗粒物质之间的空隙，避免成形的金属陶瓷层出现缺陷。并且与切割环基体形成少量化合物，提高与切割环基体之间的结合力。
[0025]非金属材料成分硅可以提高材料成分的浸润性能和扩散速度，通过激光融覆，使混合粉末与切割环基体形成冶金反应，有很高的结合强度，可以在切割环基体表面形成致密的金属陶瓷层，不易从闸板基体上脱落，减少了因涂层脱落造成的闸板提前报废。而且因为硅具有良好的导热性能，能够提高金属陶瓷层的导热性能，使得金属陶瓷层在较高的工作温度下不易开裂，提高其使用寿命。
[0026]经测定该金属陶瓷层的洛氏硬度标准C (HRC)达到70~89，而42CrMo —般在HRC50以下，镍基耐磨合金如N1-Cr合金、N1-Cr-Mo合金、N1-Cr-Fe合金、N1-Cu合金、N1-P和N1-Cr-P合金、N1-Cr-Mo-Fe合金等，一般在HRC60以下，高的硬度提高了切割环的耐磨性能。
[0027]同时因为还具有很好地工艺加工性能，并且成形后的稳定性高，在实际应用中，t匕现有的切割环的使用寿命长8倍以上。据测试，该切割环连续使用，至少能够使用2个月以上。而现有技术中使用的切割环在不连续使用的前提下，基本上使用7天之后就必须更换，使用成本高。
[0028]所以，和现有的切割环相比，性能更加优良，使用寿命长，而且工艺制作成本低，有利于大规模生产以及大范围使用。
[0029]进一步地，以质量百分比计，所述金属陶瓷层包括以下原料:[0030]铬15 ~25%、硅 7 ~10%、铁 32 ~38%、碳 6 ~10%、镍 32 ~37%。
[0031]因为化合物之间会因为加入量的不同而生成不同的产物，当铬和碳的加入量过大时，金属陶瓷层的耐磨性能虽高，但是在使用中，由于长时间的摩擦产生的热量较多，容易产生崩裂。如果加入量过少，其耐磨性能欠缺。
[0032]而铁和镍的加入量过多时，在高温下，其晶粒容易过大，进而造成金属陶瓷层的脆性较大，容易断裂。而加入量过少时，金属陶瓷层在成形过程中，容易产生空隙缺陷。
[0033]而硅能够提高金属陶瓷层的导热性，但是，加入过多时，会减弱金属陶瓷层的稳定性能，其与空气中的氧化物容易发生反应，而加入量多少时，导热性会差。
[0034]为了提高原料使用的准确率，进而提高产品的品质，优选地，各原料的使用量为:铬15~25%、硅7~10%、铁32~38%、碳6~10%、镍32~37%。
[0035]进一步地，最优化地，以质量百分比计，所述金属陶瓷层包括以下原料:
[0036]铬20%、硅 7%、铁 31%、碳 7%、镍 35%。
[0037]进一步地,所述原料还包括鹤1.6-1.8%。
[0038]为了提高切割环的使用性能，还可以加入钨，其加入量为1.6-1.8%。
[0039]钨尤其能够提高金属陶瓷层的稳定性，使其在高温环境中使用也不会轻易被氧化或者腐蚀。
[0040]进一步地,所述金属陶瓷层的厚度为1-2_。
[0041]提高切割环性能的同时，为了提高切割环的使用效率并控制使用成本，优选地，熔覆在切割环基体表面的金属陶瓷层的厚度控制为l_2mm即可，优选地，可以控制在1.2-1.5mm。
[0042]进一步地，步骤3中，所述激光熔覆使用的激光的波长为1020~1050nm ;能量密度为62~78J/mm2 ;在所述金属陶瓷材料粉末上辐照的时间为4~6分钟。
[0043]为了提高激光熔覆工艺过程的稳定性，优选地，使用的激光的波长为1020~1050nm ;能量密度为62~78J/mm2 ;在所述金属陶瓷材料粉末上辐照的时间为4~6分钟。
[0044]优选地，激光的波长为1030_1040nm。为了提高激光束照射过程中的能够分布的均匀性，优选地，能量密度为68-72J/mm2 ；
[0045]其照射时间不能过长，也不能过短，过长会使得金属陶瓷层成形后生成过多地杂质物质，而且一些生成的化合物的晶粒在高温长时间照射下会快速长大，进而导致金属陶瓷层易脆断，进而影响金属陶瓷层的品质。而照射时间过短时，原料不能充分地完全反应完毕，最终产品为不合格产品。所以，优选地，辐照的时间为5分钟即可。
[0046]进一步地，步骤I中，所述金属陶瓷材料粉末的粒度为200~300目。
[0047]为了提高金属陶瓷层的致密性，优选地，混合粉末的粒度为200~300目。最优选地，混合粉末的粒度为220~270目。
[0048]和现有的切割环相比，通过本发明提供的混凝土泵车用耐磨眼镜板及其制作方法，制作的切割环不仅耐磨性能好，而且综合性能稳定，连续使用的前提下，其使用寿命至少为2个月以上，提高混凝土泵车的泵送效率，同时也降低了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]图1为本发明一个实施例提供的混凝土泵车用耐磨切割环基体的结构示意图；[0050]图2为本发明一个实施例提供的表面熔覆有金属陶瓷层的混凝土泵车用耐磨切割环结构示意图；
[0051]图3为本发明一个实施例提供的混凝土泵车用耐磨切割环的制作流程图；
[0052]1.切割环基体，2.金属陶瓷层。
【具体实施方式】
[0053]下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0054]本发明提供了一个实施例，详细介绍一种混凝土泵车用耐磨切割环，如图1和图2所示，包括由45号钢制成的切割环基体1，所述切割环基体I的表面覆盖有金属陶瓷层2 ；
[0055]以质量百分比计，所述金属陶瓷层2包括以下原料:
[0056]铬10 ~30%、硅 5 ~12%、铁 30 ~40%、碳 5 ~13%、镍 30 ~40% ；
[0057]如图3所示，所述混凝土泵车用耐磨切割环的制备方法包括以下步骤:
[0058]步骤101:将所述原料制成混合粉末；
[0059]步骤102:将所述混合粉末覆盖在所述切割环基体I的表面；
[0060]步骤103:通过激光熔覆，将所述混合粉末与所述切割环基体I的表面熔凝，形成金属陶瓷层2固定在所述切割环基体I的表面。
[0061]通过本发明实施例提供的混凝土泵车用耐磨切割环，在由45号钢制成的切割环基体I的表面通过激光熔覆将混合粉末熔覆在切割环基体I上，形成耐磨性能有益，综合性能稳定的金属陶瓷层2，使得制成的切割环具有优异的耐磨性能的同时，还具有良好地塑性，使其不易在高温下崩裂，同时，综合性能好，使用寿命长。
[0062]通过激光熔覆工艺，将混合粉末熔覆形成金属陶瓷层2固定在切割环基体I的表面，因为混合粉末中的铬和碳的熔点较高，在激光熔覆的过程中，铬和碳形成硬质相碳化铬，成为该金属陶瓷层2主要的耐磨成分，提高了金属陶瓷层2的耐磨性能。
[0063]在该工艺方法中，优选地，采用同步式激光熔覆，将混合粉末直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。在辐照的同时，将混合粉末熔覆在切割环基体I的表面，形成金属陶瓷层2，完成熔覆。
[0064]其中使用的激光束，优选地，采用CO2激光器，其效率高，光束质量好，工作稳定。
[0065]在进行激光熔覆之后，再进行后期热处理，最终制成成品。
[0066]该工艺方法简单，产品质量好，为制作混凝土泵车用的切割环降低了制作成本。
[0067]铁、镍的熔点相对较低，在激光熔覆的过程中，为液相烧结，能够加快金属陶瓷层2的成型，而且在成形的过程中，铁、镍的内部原子颗粒会进行重新整合排列，晶粒尺寸也会得到控制，进而优化铁、镍以及生成的化合物的显微结构和性能，提高金属陶瓷层2的工艺加工性能，使得金属陶瓷层2具有较高的塑性。同时，在成形的过程中，能够填补大的颗粒物质之间的空隙，避免成形的金属陶瓷层2出现缺陷。并且与切割环基体I形成少量化合物，提高与切割环基体I之间的结合力。
[0068]非金属材料成分硅可以提高材料成分的浸润性能和扩散速度，通过激光融覆，使金属陶瓷材料与切割环基体I形成冶金反应，有很高的结合强度，可以在切割环基体I表面形成致密的金属陶瓷层2，不易从闸板基体上脱落，减少了因涂层脱落造成的闸板提前报废。而且因为硅具有良好的导热性能，能够提高金属陶瓷层2的导热性能，使得金属陶瓷层2在较高的工作温度下不易开裂，提高其使用寿命。
[0069]经测定该金属陶瓷层2的洛氏硬度标准C (HRC)达到70~89，而42CrMo —般在HRC50以下，镍基耐磨合金如N1-Cr合金、N1-Cr-Mo合金、N1-Cr-Fe合金、N1-Cu合金、N1-P和N1-Cr-P合金、N1-Cr-Mo-Fe合金等，一般在HRC60以下，高的硬度提高了切割环的耐磨性能。
[0070]同时因为还具有很好地工艺加工性能，并且成形后的稳定性高，在实际应用中，t匕现有的切割环的使用寿命长8倍以上。据测试，该切割环连续使用，至少能够使用2个月以上。而现有技术中使用的切割环在不连续使用的前提下，基本上使用7天之后就必须更换，使用成本高。
[0071]所以，和现有的切割环相比，性能更加优良，使用寿命长，而且工艺制作成本低，有利于大规模生产以及大范围使用。
[0072]因为化合物之间会因为加入量的不同而生成不同的产物，当铬和碳的加入量过大时，金属陶瓷层2的耐磨性能虽高，但是在使用中，由于长时间的摩擦产生的热量较多，容易产生崩裂。如果加入量过少，其耐磨性能欠缺。
[0073]而铁和镍的加入量过多时，在高温下，其晶粒容易过大，进而造成金属陶瓷层2的脆性较大，容易断裂。而加入量过少时，金属陶瓷层2在成形过程中，容易产生空隙缺陷。
[0074]而硅能够提高金属陶瓷层2的导热性，但是，加入过多时，会减弱金属陶瓷层2的稳定性能，其与空气中的氧化物容易发生反应，而加入量多少时，导热性会差。
[0075]为了提高原料使用的准确率，进而提高产品的品质，优选地，各原料的使用量为:铬15~25%、硅7~10%、铁32~38%、碳6~10%、镍30~37%。
[0076]最优化地，以质量百分比计，所述金属陶瓷层2包括以下原料:
[0077]铬20%、硅 7%、铁 31%、碳 7%、镍 35%。
[0078]为了提高切割环的使用性能，还可以加入钨，其加入量为1.6-1.8%。
[0079]钨尤其能够提高金属陶瓷层2的稳定性，使其在高温环境中使用也不会轻易被氧化或者腐蚀。
[0080]提高切割环性能的同时，为了提高切割环的使用效率并控制使用成本，优选地，熔覆在切割环基体I表面的金属陶瓷层2的厚度控制为l_2mm即可，优选地，可以控制在
1.2-1.5mm。
[0081]为了提高激光熔覆工艺过程的稳定性，优选地，使用的激光的波长为1020~1050nm ;能量密度为62~78J/mm2 ;在所述金属陶瓷材料粉末上辐照的时间为4~6分钟。
[0082]优选地，激光的波长为1030_1040nm。为了提高激光束照射过程中的能够分布的均匀性，优选地，能量密度为68-72J/mm2 ；
[0083]其照射时间不能过长，也不能过短，过长会使得金属陶瓷层2成形后生成过多地杂质物质，而且一些生成的化合物的晶粒在高温长时间照射下会快速长大，进而导致金属陶瓷层2易脆断，进而影响金属陶瓷层2的品质。而照射时间过短时，原料不能充分地完全反应完毕，最终产品为不合格产品。所以，优选地，辐照的时间为5分钟即可。
[0084]为了提高金属陶瓷层2的致密性，优选地，混合粉末的粒度为200~300目。最优选地，混合粉末的粒度为220~270目。
[0085] 和现有的切割环相比，通过本发明提供的混凝土泵车用耐磨眼镜板及其制作方法，制作的切割环不仅耐磨性能好，而且综合性能稳定，连续使用的前提下，其使用寿命至少为2个月以上，提高混凝土泵车的泵送效率，同时也降低了成本。
[0086]具体实施例1:
[0087]以质量百分比计，将铬10%、硅7%、铁30%、碳13%、镍40%制成粒度为200目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的切割环基体I上，使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为1020nm，能量密度为62J/mm2 ;辐照时间为4分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层2与45号钢的切割环基体I熔凝，其厚度约为1mm，再进行后期热处理即可成形。
[0088]具体实施例2:
[0089]以质量百分比计，将铬15%、硅8%、铁32%、碳10%、镍35%制成粒度为250目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的切割环基体I上，使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为1030nm，能量密度为65J/mm2 ;辐照时间为5分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层2与45号钢的切割环基体I熔凝，其厚度约为1.5mm,再进行后期热处理即可成形。
[0090]具体实施例3:
[0091]以质量百分比计，将铬20%、硅7%、铁32%、碳9%、镍32%制成粒度为300目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的切割环基体I上，使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为1040nm，能量密度为70J/mm2 ;辐照时间为6分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层2与45号钢的切割环基体I熔凝，其厚度约为1.3mm,再进行后期热处理即可成形。
[0092]具体实施例4:
[0093]以质量百分比计，将铬18%、硅7%、铁32%、碳6%、镍37%制成粒度为280目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的切割环基体I上，使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为105011!11，能量密度为751/臟2;辐照时间为5.3分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层2与45号钢的切割环基体I熔凝，其厚度约为1.2mm,再进行后期热处理即可成形。
[0094]具体实施例5:
[0095]以质量百分比计，将铬20%、硅7%、铁31%、碳7%、镍35%、制成粒度为280目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的切割环基体I上，使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为105011!11，能量密度为751/臟2;辐照时间为5.3分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层2与45号钢的切割环基体I熔凝，其厚度约为1.2mm,再进行后期热处理即可成形。
[0096]具体实施例6:
[0097]以质量百分比计，将铬24.4%、硅7%、铁30%、碳7%、镍30%、钨1.6%制成粒度为300目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的切割环基体I上，使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为1040nm，能量密度为72J/mm2 ;辐照时间为5分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层2与45号钢的切割环基体I熔凝，其厚度约为1.5mm，再进行后期热处理即可成形。
[0098]具体实施例7:
[0099]以质量百分比计，将铬24.2%、硅7%、铁30%、碳7%、镍30%、钨1.8%制成粒度为290目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的切割环基体I上,使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为1045nm，能量密度为75J/mm2 ;辐照时间为5分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层2与45号钢的切割环基体I熔凝，其厚度约为1.4mm，再进行后期热处理即可成形。
[0100]其中，以具体实施例5所制作的产品质量最佳。
[0101] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.混凝土泵车用耐磨切割环，其特征在于，包括由45号钢制成的切割环基体，所述切割环基体的表面覆盖有金属陶瓷层； 以质量百分比计，所述金属陶瓷层包括以下原料: 铬10~30%、硅5~12%、铁30~40%、碳5~13%、镍30~40%。
2.根据权利要求1所述的混凝土泵车用耐磨切割环，其特征在于， 以质量百分比计，所述金属陶瓷层包括以下原料: 铬15~25%、硅7~10%、铁32~38%、碳6~10%、镍30~37%。
3.根据权利要求1所述的混凝土泵车用耐磨切割环，其特征在于， 以质量百分比计，所述金属陶瓷层包括以下原料: 铬 20%、硅 7%、铁 31%、碳 7%、镍 35%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的混凝土泵车用耐磨切割环，其特征在于， 所述原料还包括鹤1.6-1.8%。
5.根据权利要求4所述的混凝土泵车用耐磨切割环，其特征在于， 所述金属陶瓷层的厚度为l_2mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的混凝土泵车用耐磨切割环的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤101:将所述原料制成混合粉末； 步骤201:将所述混合粉末覆盖在所述切割环基体的表面； 步骤301:通过激光熔覆，将所述混合粉末与所述切割环基体的表面熔凝，形成金属陶瓷层固定在所述切割环基体的表面。
7.根据权利要求6所述的混凝土泵车用耐磨切割环的制备方法，其特征在于， 步骤301中，所述激光熔覆使用的激光的波长为1020~1050nm ； 能量密度为62~78J/mm2 ； 在所述金属陶瓷材料粉末上辐照的时间为4~6分钟。
8.根据权利要求6所述的混凝土泵车用耐磨切割环，其特征在于， 步骤101中，所述混合粉 末的粒度为200~300目。
【文档编号】C23C24/10GK103924237SQ201410151746
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】鲁伟员, 李信, 王强, 刘伟, 杨义乐 申请人:四川中物泰沃新材料有限公司