一种45钢激光单道熔覆工艺方法
【专利摘要】一种45钢激光单道熔覆工艺方法，涉及一种金属熔覆工艺方法，方法包括以45钢为材料的零部件或模具，利用铁基金属粉末结合光纤激光设备，再以KUKA机器人作为熔覆加工的执行机构，采用手工编程或自动编程方式，通过轮廓控制方式进行精确的轨迹插补运动，再结合四轴同轴送粉器的精确送粉量控制，通过调整激光功率、进给速度、送粉量、搭接率、氮保护气流量参数，得到最佳熔覆效果的工艺参数和技术方案。然后利用最终探索得到的较优工艺参数和方法对零部件或模具各种类型的二维或三维复杂或简单的磨破损表面进行单道激光熔覆修复，使被修复零件或模具快速地达到再次使用性能要求，实现零部件的重新利用。
【专利说明】一种45钢激光单道熔覆工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金属熔覆工艺方法，特别是涉及一种45钢激光单道熔覆工艺方 法。
【背景技术】
[0002] 金属粉末的激光熔覆成形技术尚未达到成熟阶段，目前仍然处在实验室研究阶 段，并没有广泛运用于实际工程领域，特别是45钢基体材料的激光熔覆工艺，应用技术研 究较少涉猎，为推进该技术在实际工程领域的发展，我们需要研究这种材料的熔覆工艺，研 究工艺参数与熔覆成形质量的关系和优化成形工艺。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种45钢激光单道熔覆工艺方法，本方法采用铁基粉末， 使用光纤激光器进行单道熔覆，针对45号钢基体熔覆过程的金相组织、外观特征和工艺参 数分析，得到最佳熔覆效果的工艺参数和技术方案。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 一种45钢激光单道熔覆工艺方法，所述方法包括以45钢为材料的零部件或模具，利用 铁基金属粉末结合光纤激光设备，再以KUKA机器人作为熔覆加工的执行机构，采用手工编 程或自动编程方式，通过轮廓控制方式进行精确的轨迹插补运动，再结合四轴同轴送粉器 的精确送粉量控制，通过调整激光功率、进给速度、送粉量、搭接率、氮保护气流量参数，然 后利用最终探索得到的较优工艺参数和方法对零部件或模具各种类型的二维或三维复杂 或简单的磨破损表面进行单道激光熔覆修复，使被修复零件或模具快速地达到再次使用性 能要求，实现零部件的重新利用；在单道熔覆成形中，取影响熔覆成形质量的关键因素：激 光功率、扫描速度、送粉电压作为分析目标，进行三因素四水平的正交组合，依据以上工艺 参数进行单道熔覆成形，熔覆完成后使用切割设备将满足宏观形貌要求的单道熔覆试样切 割成尺寸为8_X30_X 8mm的金相观察试样，然后对该试样进行磨光，抛光及化学浸蚀处 理，然后利用倒置式蔡司高级金相显微镜对熔覆试样进行金相组织分析，并使用HVS-1000 型显微硬度计测试试样的显微硬度。
[0005] 所述的一种45钢激光单道熔覆工艺方法，其所述Fe基合金激光熔覆成形最优工 艺参数为激光功率800W，扫描速度2mm/s送粉电压12V。
[0006] 所述的一种45钢激光单道熔覆工艺方法，所述熔覆层组织由晶粒尺寸较均匀细 小、致密的等轴晶组成，熔覆层与基体结合界面处出现明显白亮层两者达到了良好的冶金 结合，并且无明显气孔及裂纹产生，满足一般成形件的性能要求。
[0007] 所述的一种45钢激光单道熔覆工艺方法，所述对熔覆层显微硬度测试，发现熔覆 层显微硬度显著高于基体硬度，熔覆层的显微硬度HV值均分布在455上下，分布比较均匀 无明显梯度变化，并且从熔覆层一结合界面处一基体呈现出了阶梯状降低的分布形态，保 证成形件性能要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1为本发明工艺流程图； 图2为本发明进给路径轨迹规划图； 图3为本发明不同工艺参数下熔覆层形貌图； 图4为本发明熔覆层组织裂纹缺陷（500倍）图； 图5为本发明800W熔覆层截面形貌（50倍）图； 图6为本发明熔覆层显微组织形态图； 图7为本发明显微硬度测试结果图。
【具体实施方式】
[0009] 下面结合附图所示实施例，对本发明作进一步详述。
[0010] 本发明针对以45钢为材料的零部件或模具，在很多情况下因零部件或模具表面 局部磨破损将导致整个零件或模具产品失效报废，大大增加了生产成本，利用一定硬度的 铁基金属粉末结合YLS-3000 (最大功率为3000瓦)光纤激光设备，再以KUKA机器人作为熔 覆加工的执行机构，采用手工编程或自动编程方式，通过轮廓控制方式进行精确的轨迹插 补运动，再结合四轴同轴送粉器的精确送粉量控制等措施，通过调整激光功率、进给速度、 送粉量、搭接率、氮保护气流量等参数，然后利用最终探索得到的较优工艺参数和方法对零 部件或模具各种类型的二维或三维复杂或简单的磨破损表面进行单道激光熔覆修复，使被 修复零件或模具快速地达到再次使用性能要求，实现零部件的重新利用，甚至能够使原本 报废的零件或模具能够发挥出比之前更佳的性能。
[0011] 本发明包括最优工艺参数确定方案和证明方法，最终的结果和中间过程；单道熔 覆手工编程方法、加工路径中各段的工艺参数确定规律、得到的实验数据(表格、图表)，数 据处理后得到的经验公式等。
[0012] 实施例： 过程流程图：参见图1，设备包括：YLS-3000光纤激光器（德国IPG公司）；KUKA-KR30 机械手，重复定位精度小于〇. 〇6mm ;PERCITEC YC52透射式激光熔覆头(德国Precitec公 司）；FHPF-10同轴送粉器(飞虹激光)，送粉颗粒范围20(Γ400目。
[0013] 45钢基体成分：参见表1，a ; 45钢基体材料说明：基体材料选为45钢板，钢板尺寸为200mmX 100mmX8mm。实验前 用砂纸对钢板表面进行打磨处理，去除表面氧化层并用丙酮清洗掉表面油污及杂质确保试 件表面无疏松、裂纹、气孔、砂眼等缺陷，以防止其在加工过程中产生烟雾或者影响光的吸 收等而对实验结果产生影响，另外，为保证实验的准确性将金属粉末进行真空烘干除潮。
[0014] 粉末成分：参见表1，b ; 粉末说明：激光熔覆所采用的粉末材料为铁基合金粉末。粉末粒度为20(Γ300目。为 保证实验的准确性实验前对熔覆金属粉末进行真空烘干除潮处理，去除粉末表面附着的 水分。
[0015] 表1 45钢、铁基粉末成分表 a. 45 钢
【权利要求】
1. 一种45钢激光单道熔覆工艺方法，其特征在于，所述方法包括以45钢为材料的零部 件或模具，利用铁基金属粉末结合光纤激光设备，再以KUKA机器人作为熔覆加工的执行机 构，采用手工编程或自动编程方式，通过轮廓控制方式进行精确的轨迹插补运动，再结合四 轴同轴送粉器的精确送粉量控制，通过调整激光功率、进给速度、送粉量、搭接率、氮保护气 流量参数，然后利用最终探索得到的较优工艺参数和方法对零部件或模具各种类型的二维 或三维复杂或简单的磨破损表面进行单道激光熔覆修复，使被修复零件或模具快速地达到 再次使用性能要求，实现零部件的重新利用；在单道熔覆成形中，取影响熔覆成形质量的关 键因素：激光功率、扫描速度、送粉电压作为分析目标，进行三因素四水平的正交组合，依据 以上工艺参数进行单道熔覆成形，熔覆完成后使用切割设备将满足宏观形貌要求的单道熔 覆试样切割成尺寸为8mmX30mmX8mm的金相观察试样，然后对该试样进行磨光，抛光及化 学浸蚀处理，然后利用倒置式蔡司高级金相显微镜对熔覆试样进行金相组织分析，并使用 HVS-1000型显微硬度计测试试样的显微硬度。
2. 根据权利要求1所述的一种45钢激光单道熔覆工艺方法，其特征在于，所述Fe基 合金激光熔覆成形最优工艺参数为激光功率800W，扫描速度2mm/s送粉电压12V。
3. 根据权利要求1所述的一种45钢激光单道熔覆工艺方法，其特征在于，所述熔覆层 组织由晶粒尺寸较均匀细小、致密的等轴晶组成，熔覆层与基体结合界面处出现明显白亮 层两者达到了良好的冶金结合，并且无明显气孔及裂纹产生，满足一般成形件的性能要求。
4. 根据权利要求1所述的一种45钢激光单道熔覆工艺方法，其特征在于，所述对熔覆 层显微硬度测试，发现熔覆层显微硬度显著高于基体硬度，熔覆层的显微硬度HV值均分布 在455上下，分布比较均匀无明显梯度变化，并且从熔覆层一结合界面处一基体呈现出了 阶梯状降低的分布形态，保证成形件性能要求。
【文档编号】C23C24/10GK104087931SQ201410341032
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】张德强, 牛兴林, 李金华 申请人:辽宁工业大学