一种曲轴修复用铁基熔覆材料及铁基熔覆层激光熔覆方法与流程

本发明属于激光熔覆，特别涉及一种曲轴修复用铁基熔覆材料及铁基熔覆层激光熔覆方法。

背景技术：

1、曲轴是发动机的核心部件，担负着将活塞上下往复运动转换为自身的圆周运动，为发动机的运转提供动力。由于曲轴在工作时不仅受到高温、变速、振动等复杂负载情况，还受到机油的性能、腐蚀气体以及轴颈与轴瓦的摩擦等作用使得曲轴的表面遭到破坏。当曲轴磨损后就进行更换，则会造成极大资源浪费。所以目前根据曲轴的磨损情况，采用表面修复的方式去改善曲轴的表面性能，提高利用率，降低生产成本。

2、激光熔覆是一种重要的材料表面改性技术，它是以高能量密度的激光束为热源在基材表面熔覆一层合金材料，使熔覆层与基材实现冶金结合，并且具有加热速度快，热影响区及基材稀释率小等优点，从而显著改善基材表面的耐磨、耐蚀、耐热等特性的工艺方法。

3、在实际熔覆过程中，无论是镍基，铁基还是钴基粉末，当熔覆层硬度达到一定高度时，裂纹都会成为极易出现的熔覆层缺陷，而裂纹会对熔覆层的力学性能及寿命产生严重的不良影响，所以对表面失效部位修复选择合适的熔覆粉末也是至关重要的。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有的熔覆材料在熔覆时，基材与熔覆层之间出现裂纹产生的缺陷，提供一种曲轴修复用铁基熔覆材料及铁基熔覆层激光熔覆方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明提出了如下技术方案：

3、本发明的第一个目的是，提供一种曲轴修复用铁基熔覆材料，按质量百分比其成分如下：c：0.04%-0.12%；cr：1.6%-2.1%；ni：1.6%-2.0%； mo：0.5%-0.9%；si：0.3%-0.8%；mn：0.5%-1.0%；fe余量。

4、本发明提供了一种专门针对曲轴表面失效部位修复的材料新配方，在该材料的组分中，cr元素在合金粉末中具有双重功能，它既能与碳形成碳化物强化材料，又可在腐蚀条件下形成铬的氧化物，提高材料的耐腐蚀性能和耐磨性。

5、ni元素可以有效降低反应放热，降低反应热应力的大小与应力开裂取向，使得反应能更完全，保证原材料充分利用。

6、mo元素在酸性环境下（如盐酸）具有很强的耐酸性，有利于提高合金的耐腐蚀性。

7、si元素容易与其他成分（fe）结合形成硅酸盐覆盖在表面，防止合金元素被过度氧化，同时提高熔覆层与基体间的结合性，有利于提高合金粉末的流动性，并提高材料的屈服点和抗拉极限。

8、mn元素是良好的脱氧剂与脱硫剂，且为一种较弱碳化物形成元素，可以提升基体的耐磨性与强韧性。

9、优选的，在一种实施方式中，该熔覆粉末为合金粉末颗粒的大小为：110-270目。

10、优选的，在一种实施方式中，按质量百分比其成分如下：c：0.07%；cr：1.82%；ni：1.79%；mo：0.65%；si：0.74%；mn：0.83%； fe余量。

11、本发明的第二个目的是，提供一种曲轴修复用铁基熔覆层激光熔覆方法，包括以下步骤：

12、s1、曲轴预处理：对曲轴的待处理表面进行预处理；

13、s2、熔覆材料制备：使用以上任一所述的曲轴修复用铁基激光熔覆材料，在对曲轴熔覆前，将曲轴修复用铁基熔覆粉末进行烘干处理；

14、s3、曲轴预热：对曲轴进行预热；

15、s4、激光熔覆：在保护气体下，采用同步式激光熔覆的方式对曲轴进行激光熔覆，将所述熔覆材料熔覆于经预处理的曲轴表面上，形成熔覆层。

16、激光熔覆的工艺参数主要有激光功率、光斑直径、熔覆速度、离焦量、送粉速度、扫描速度、预热温度等，这些参数对熔覆层的稀释率、裂纹、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性等有很大影响。故本申请对激光熔覆的工艺流程进行了一系列的优化。

17、优选的，在一种实施方式中，步骤s1中，所述预处理的方法包括：

18、（1）对曲轴表面进行清洗，进行渗透检测，尺寸测量，确定曲轴缺陷存在位置；

19、（2）对曲轴缺陷位置通过机械加工方式去除，预留曲轴激光熔覆所需的熔覆层厚度，进行磁粉检测与尺寸测量，确定缺陷是否去除以及激光熔覆层厚度，对加工后的曲轴修复表面进行硬度检测。

20、优选的，在一种实施方式中，步骤s2中，所述粉末烘干的温度为110℃-120℃，保温1-2h。

21、更优选的，在一种实施方式中，步骤s2中，所述粉末烘干的温度为120℃，保温2h。

22、优选的，在一种实施方式中，步骤s3中，所述预热的温度为130℃~150℃，保温时间2h-3h。

23、更优选的，在一种实施方式中，步骤s3中，所述预热的温度为150℃，保温时间2h-3h。

24、优选的，在一种实施方式中，步骤s4中，采用同步式激光熔覆的方式对曲轴进行修复，所述激光熔覆的熔覆参数为：激光功率2300w~2500w，光斑直径为3~5mm，送粉量为14~16g/min，扫描速度为7mm/s~8mm/s，搭接系数为0.5，送粉气体为氩气，氩气流量2.8-3.0l/min，保护气体为氩气，氩气流量29-30l/min。

25、优选的，在一种实施方式中，本申请方法还包括有：

26、s5、熔覆后曲轴后处理：对经过熔覆的曲轴进行后续加工及检测。

27、进一步优选的，在一种实施方式中，步骤s5中，所述熔覆后曲轴后处理包括：

28、（1）对经过冷却后的熔覆曲轴修复部位进行尺寸检测，然后通过机械加工方式加工至要求尺寸，进行磁粉探伤，确保曲轴的尺寸以及质量标准。

29、（2）检测修复部位的硬度，确保硬度能够达到曲轴的使用要求。

30、本发明的另一目的在于，提供由上述方法制备得到的熔覆层，所述熔覆层的维氏硬度在350±40 hv0.2，优选的为350±20 hv0.2。

31、本发明的另一目的在于，提供由上述方法制备得到的具有熔覆层的曲轴，洛氏硬度为hrc20-45。

32、本发明的有益效果：本发明提供了一种专门针对曲轴表面失效部位修复的材料新配方。通过将该铁基熔覆材料用于曲轴表面修复，基体与修复层形成良好的冶金结合，同时由于激光熔覆快热骤冷的加热方式，热输入以及热影响区较小，基材稀释率较低，激光增材修复后的曲轴变形量较小。同时通过本发明的铁基熔覆材料，可以实现曲轴表面耐磨、耐蚀且不易出现裂纹的特点，提高曲轴的使用寿命。

技术特征：

1.一种曲轴修复用铁基熔覆材料，其特征在于，按质量百分比其成分如下：c：0.04%-0.12%；cr：1.6%-2.1%；ni：1.6%-2.0%； mo：0.5%-0.9%；si：0.3%-0.8%；mn：0.5%-1.0%； fe余量。

2.如权利要求1所述曲轴修复用铁基熔覆材料，其特征在于，该曲轴修复用铁基熔覆材料的颗粒大小为110-270目。

3.如权利要求1所述曲轴修复用铁基熔覆材料，其特征在于，按质量百分比其成分如下：c：0.07%；cr：1.82%；ni：1.79%；mo：0.65%；si：0.74%；mn：0.83%； fe余量。

4.一种曲轴修复用铁基熔覆层激光熔覆方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤s1中，所述预处理方法包括：

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤s2中，所述粉末烘干的温度为100℃-120℃，保温1-2h。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述曲轴预热的温度为100℃~150℃，保温时间2h-3h。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤s4中，采用同步式激光熔覆的方式对曲轴进行修复，所述激光熔覆的熔覆参数为：激光功率2300w~2500w，光斑直径为3~5mm，送粉量为14~16g/min，扫描速度为7mm/s~8mm/s，搭接系数为0.5，送粉气体为氩气，氩气流量2.8-3.0l/min，保护气体为氩气，氩气流量29-30l/min。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括有：

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤s5中，所述熔覆后曲轴后处理包括：

技术总结
本发明公开了一种曲轴修复用铁基熔覆材料及铁基熔覆层激光熔覆方法。所述一种曲轴修复用铁基熔覆材料按质量百分比其成分如下：C：0.04%‑0.12%；Cr：1.6%‑2.1%；Ni：1.6%‑2.0%；Mo：0.5%‑0.9%；Si：0.3%‑0.8%；Mn：0.5%‑1.0%；Fe余量。将所述曲轴修复用铁基熔覆材料通过激光熔覆在曲轴形成熔覆层，可实现原始曲轴表面的耐磨、耐蚀且不易产生裂纹的特点，提高曲轴的使用寿命。

技术研发人员：梁栋,卜凡辉,万胜军,吕庆,翟迎迎,潘悦
受保护的技术使用者：江苏斯普瑞科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15