礦車輪對的激光再制造及強(qiáng)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)，特別是一種礦車輪對的激光再制造及強(qiáng)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]礦車輪對是礦用軌道運(yùn)輸車的主要部件，長期工作于高沖擊載荷、交變載荷和潮濕以及酸堿環(huán)境下，通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)礦車輪對的失效形式主要為產(chǎn)生應(yīng)力裂紋、磨損或腐蝕導(dǎo)致失效。目前，礦車輪對使用壽命一般在3500-4000公里左右，如一些高硫礦因腐蝕性物質(zhì)存在，其壽命更低，使用后基本作報廢處理。以鞍鋼大孤山鐵礦舉例，礦車輪對新品采購價格為12000-13000元/件，使用壽命約為3500-4000公里，折合運(yùn)行時間僅1_2個月左右。且礦車自重近10噸，在井下作業(yè)時更換礦車輪對程序相當(dāng)繁瑣，費(fèi)時、費(fèi)力，增加了采礦成本。因此，針對于礦車輪對的一種有效的再制造及強(qiáng)化方法，是當(dāng)前亟待解決的課題。
[0003]目前，關(guān)于利用激光熔覆工藝再制造工件的專利和報道很多，現(xiàn)舉例如下:
1、CN102615431A公開了一種灰鑄鐵缸蓋自動化激光熔覆再制造方法，其特點(diǎn)在于:步驟I)、配制灰鑄鐵激光熔覆修復(fù)材料；步驟2)、對灰鑄鐵缸蓋上的“鼻裂”裂紋的深度做無損檢測；步驟3)、對灰鑄鐵缸蓋上的“鼻裂”部位做修復(fù)前的預(yù)處理，在所述預(yù)處理中，根據(jù)步驟2)得到的裂紋深度檢測結(jié)果去除“鼻裂”部位的裂紋，形成一坡口，然后利用角砂輪打磨坡口周圍直至露出新鮮金屬表面，用丙酮溶液清洗坡口及其周圍表面；步驟4)、通過激光熔覆對所述灰鑄鐵缸蓋上的“鼻裂”部位做仿形修復(fù)；該步驟包括:步驟4.1)、在所述灰鑄鐵缸蓋上的所述坡口處做單道單層熔覆；步驟4.2)、在所述灰鑄鐵缸蓋上的所述坡口處形成中間緩沖層；步驟4.3)、在步驟4.2)所生成的中間緩沖層的基礎(chǔ)上，做多層堆積仿形修復(fù)；步驟5)、對修復(fù)部位去除應(yīng)力。
[0004]2、CN 1932082公開了一種在結(jié)晶器表面激光快速熔覆制備耐磨抗熱復(fù)合熔覆層工藝，其特點(diǎn)在于利用高功率激光器，通過激光快速掃描在結(jié)晶器銅板表面熔覆與基體成冶金結(jié)合的良好的韌性打底過渡層，并通過激光寬帶熔覆在打底合金表面制備耐磨及抗熱性能優(yōu)良的鈷基合金。
[0005]3、CN101338427公開了一種液壓支架立柱缸筒、活塞桿耐磨抗蝕熔覆層的激光熔覆工藝，其包括以下工藝過程:首先對立柱缸筒、活塞桿表面預(yù)處理；然后合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調(diào)節(jié):選用具有優(yōu)良耐磨抗蝕性能且與基體冶金相容性良好的鐵基合金粉末，鐵基合金粉末的成分中主要含有Fe、C、Cr、N1、Mo、S1、N、Nb、Ta、B ;調(diào)節(jié)自動送粉裝置時，使自動送粉頭出來的合金粉末正好落在激光熔池內(nèi)，調(diào)節(jié)送粉量，使合金粉末熔覆層的厚度達(dá)到0.6-1.2mm。
[0006]4、CN 103320787A公開了一種失效棒材滾動導(dǎo)衛(wèi)再制造修復(fù)方法，包括:步驟I)、選取涂層材料；步驟2)、根據(jù)激光熔覆功率大小、光斑大小、掃描速度和搭接量，選擇激光熔覆工藝參數(shù)；步驟3)、采用步驟I)中所選用的涂層材料，按照步驟2)所確定的激光熔覆工藝參數(shù)，采用激光熔覆再制造技術(shù)對棒材滾動式導(dǎo)衛(wèi)的修復(fù)面進(jìn)行修復(fù)。
[0007]綜上所述，基于激光熔覆工藝的工件再制造修復(fù)方法很多，在一定程度上解決了部分工件的使用壽命短的問題，但經(jīng)本申請人檢索查證，由于工件本身特性不同、工作環(huán)境不同、受損情況不同等原因，目前還沒有適用于礦車輪對的激光熔覆再制造及強(qiáng)化方法，這也是本申請中著力解決的冋題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了提供一種延長礦車輪對使用壽命、減小礦車輪對更換頻率的礦車輪對的激光再制造及強(qiáng)化方法。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種礦車輪對的激光再制造及強(qiáng)化方法，包括對受損礦車輪對進(jìn)行探傷測量、根據(jù)探傷結(jié)果去除受損層、采用激光熔覆方式在礦車輪對基體上熔覆中間緩沖層進(jìn)行尺寸恢復(fù)、在中間緩沖層上部熔覆強(qiáng)化層及后續(xù)表面處理，其特征在于:
激光熔覆中間緩沖層時采用鎳基合金粉末，該粉末化學(xué)成分重量百分比為:碳0.33-0.50%、硅 0.32-3.8%、鉻 0.65-7.5%、鐵 0.25-3.5%、硼 0.10-1.5%，釩 0.10-0.2%，其余為鎳及不可避免的雜質(zhì)，恢復(fù)后的礦車輪對外徑尺寸較新品小1.8-2.2mm ;
激光熔覆強(qiáng)化層時采用鐵基合金粉末，該粉末化學(xué)成分重量百分比為:碳0.10-1.5%、硅 0.22-2.8%、鉻 4.5-6.0%、鉬 4.5-5.0%、硼 1.5-2.0%、錳 3.0-3.5%、釩 2.0-2.5%、鎢6.5-7.5%，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)，所述強(qiáng)化層厚度為2.5-3.0mm。
[0010]上述的礦車輪對的激光再制造及強(qiáng)化方法，采用多功能數(shù)控激光加工系統(tǒng)及重力同步送粉方式進(jìn)行熔覆，在高功率聚焦激光束作用下，在礦車輪對基體表面形成激光中間緩沖層，單層熔覆厚度為1.2-1.5_，工藝參數(shù)如下:聚焦鏡f=300mm，15*1積分聚焦鏡，熔覆功率P=4000-4500W，光斑尺寸D=12*2，掃描速度V=400-600mm/min，搭接率為35-40%。
[0011]上述的礦車輪對的激光再制造及強(qiáng)化方法，采用多功能數(shù)控激光加工系統(tǒng)及重力預(yù)置送粉方式進(jìn)行熔覆，在高功率聚焦激光束作用下，在中間緩沖層表面熔覆激光強(qiáng)化層，工藝參數(shù)如下:聚焦鏡f=300mm，熔覆功率P=4200-4500W，光斑尺寸D=3mm，掃描速度V=850-1050mm/min，搭接率為 45_55%。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
在本發(fā)明中，考慮到輪對原始材質(zhì)ZG45，且造成輪對的主要失效原因是沖擊造成的疲勞裂紋和磨損共同形成的，如果采用單一材質(zhì)熔覆會造成基材和熔覆材硬度差過大，在強(qiáng)沖擊作用下容易導(dǎo)致開裂，而且由于45號鋼塑性差，熱膨脹系數(shù)同鐵基鎢鉬系強(qiáng)化粉末形成的硬化層相差過多，所以在本發(fā)明中采取了鎳基合金中間緩沖層和鐵基鎢鉬系合金強(qiáng)化層的工藝方案，并且在鐵基合金粉末的配置中加大了 Si和B元素的比例，以形成良好的低熔點(diǎn)共晶體，即可與原始基材良好形成冶金結(jié)合，又可以同強(qiáng)化層的鎳基鎢鉬系粉末形成穩(wěn)定的共晶結(jié)構(gòu)，并且降低了強(qiáng)化層和基材的膨脹系數(shù)差，同時利用了鎳基合金所具有的較好的彈性來吸收和緩沖運(yùn)行使用過程中的較強(qiáng)沖擊，減少疲勞裂紋的形成，進(jìn)一步加強(qiáng)了強(qiáng)化層的使用壽命，提高了強(qiáng)化層的結(jié)合強(qiáng)度，改善了強(qiáng)化層鎢鉬系合金易出現(xiàn)裂紋、熔覆性能差的缺陷。
[0013]通過本發(fā)明所采用的合金粉末和工藝再制造強(qiáng)化后的礦車輪對，對運(yùn)行時的沖擊具有良好的緩沖作用，并且表面鎢鉬系合金硬化層具有極佳的抗磨損性能，并且由于打底緩沖層的存在，有效提高了輪對整體的抗疲勞性能，基本杜絕了疲勞裂紋出現(xiàn)導(dǎo)致報廢的情況發(fā)生，從而大幅度提高了輪對的使用壽命。
[0014]實(shí)驗證明經(jīng)該專利方法修復(fù)強(qiáng)化后的礦車輪對較新品使用壽命提高約1500-2000公里，可達(dá)到5000-6000公里左右，且可以反復(fù)多次進(jìn)行修復(fù)，使用效果良好。在節(jié)省企業(yè)礦車輪對采購成本的同時還減緩了礦車輪對更換頻率，節(jié)省了大量的人力和物力，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值及實(shí)用價值。
【具體實(shí)施方式】
[0015]鑒于礦車輪對失效磨損量通常在5mm以上，并有大量應(yīng)力裂紋、疲勞裂紋存在，本發(fā)明采用先通過無損探傷設(shè)備測量疲勞層厚度，然后機(jī)加去掉疲勞層，再以激光熔覆方式使用高韌性抗疲勞底層材料進(jìn)行尺寸恢復(fù)，恢復(fù)后的礦車輪對外徑尺寸較新品小1.8-2.2mm ;然后采用激光熔覆方式進(jìn)行熔覆2.5-3.0mm厚的耐磨耐沖擊強(qiáng)化層，其中，預(yù)留0.7-0.8mm作為機(jī)加工余量，熔覆完畢后機(jī)加恢復(fù)尺寸和光潔度，從而實(shí)現(xiàn)對礦車輪對的整個再制造及強(qiáng)化過程。現(xiàn)通過兩個實(shí)施例具體說明。
[0016]實(shí)施例1
該礦車輪對的激光再制造及強(qiáng)化方法，具體包括如下步驟。
[0017]1、探傷及前期處理:
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