專利名稱：一種冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冶金熱軋輥表面強(qiáng)化及修復(fù)工藝，尤其是一種冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化工藝。
背景技術(shù)：
軋輥是使(軋材)金屬產(chǎn)生塑性變形的工具，是決定軋機(jī)效率和軋材質(zhì)量的重要大型消耗性部件。軋輥的質(zhì)量和使用壽命，直接關(guān)系到軋制生產(chǎn)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)成本。我國(guó)軋輥材料供應(yīng)不足、價(jià)格較高，一旦軋輥表面磨損失效，整個(gè)軋輥報(bào)廢(軋輥使用層僅占軋輥總重量的10％左右)，將造成巨大的材料浪費(fèi)。如何修復(fù)失效軋輥，一直是軋輥制造業(yè)面臨的重大問(wèn)題。目前，在一般鋼鐵企業(yè)，軋輥由于磨損需要修復(fù)時(shí)，多采用車(chē)削或磨削方式修正輥型。這種方式對(duì)提高軋輥壽命意義不大，只是一種“補(bǔ)救措施。采用軋輥表面修復(fù)與強(qiáng)化的熱處理技術(shù)來(lái)提高軋輥表面硬度，減少軋輥使用的磨損量，已成為延長(zhǎng)軋輥壽命的一個(gè)主要發(fā)展方向和途徑。
由于熱軋輥所處的惡劣的工作條件和材質(zhì)，常規(guī)表面強(qiáng)化技術(shù)如火焰淬火、高中頻淬火、等離子噴涂與噴焊、電弧堆焊等均不能有效提高軋輥表面高溫磨損和開(kāi)裂的抗力。國(guó)內(nèi)外很多鋼鐵廠家采用的軋輥表面激光強(qiáng)化處理一般均是激光淬火及熔凝工藝方法，這些方法僅僅對(duì)原始硬度不高的鍛鋼、球墨鑄鐵軋輥有顯著效果，對(duì)原始硬度較高的冷硬或無(wú)限冷硬合金鑄鐵軋輥效果不明顯，甚至降低其使用壽命。而熱軋板材、線材、棒材等大多數(shù)鋼材熱軋中，精軋輥由于成本及技術(shù)原因在國(guó)內(nèi)外廣泛采用無(wú)限冷硬合金鑄鐵。因此，開(kāi)發(fā)激光快速熔凝之外的強(qiáng)化技術(shù)是推進(jìn)激光強(qiáng)化技術(shù)在軋輥方面強(qiáng)化中應(yīng)用的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高功率CO2激光器快速掃描在冶金熱軋輥表面獲得高性能合金化層工藝。該工藝不僅可以大大提高軋輥表面的硬度，減少軋輥使用的磨損量，而且還可以帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。
采用的技術(shù)方案是一種冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化工藝，其要點(diǎn)在于它包括以下工藝過(guò)程
(1)首先機(jī)加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀。然后對(duì)激光將要輻照處理的一面進(jìn)行研磨，去油污和適當(dāng)?shù)那逑础?br> (2)用酚醛樹(shù)脂粘接劑將納米碳化物陶瓷涂料混合均勻，然后均勻地涂在預(yù)處理后的軋輥表面，預(yù)涂厚度為0.01～0.05mm，然后風(fēng)干。
(3)選用DL-HL-T10000型CO2激光器快速掃描軋輥表面的涂層，使軋輥表面薄層快速熔化，并與軋輥表面的涂層冶金結(jié)合，形成合金層。
工藝參數(shù)如下激光功率P＝1000～10000W，掃描速度V＝1.5～20m/min，搭接率為15～35％，光斑直徑為D＝0.6～5mm。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于在冶金熱軋輥上預(yù)涂納米碳化物陶瓷涂料，利用高功率CO2激光器在優(yōu)化的工藝參數(shù)下實(shí)現(xiàn)合金化。
激光合金化是用激光將合金化粉末和基材一起熔化后迅速凝固，在表面獲得合金層。它相對(duì)于激光熔覆的優(yōu)點(diǎn)是它可以在廉價(jià)基材表面獲得與基材本身差別很大的具有良好表面性能的新合金層。從而增加工件的使用壽命并降低材料損耗。由于合金元素完全溶解于表層內(nèi)，獲得的改性層成分很均勻，對(duì)皸裂和剝落等傾向不敏感。激光表面合金化處理軋輥時(shí)具有能量作用集中，熱影響區(qū)小，合金化層組織細(xì)小，結(jié)構(gòu)致密，氣孔率低而且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線，沒(méi)有化學(xué)污染、無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)。另外，合金化元素添加方式很多，工藝方式靈活，既可以是基材中固熔添加的硬質(zhì)點(diǎn)，也可以是原位生成的，使得激光合金化技術(shù)更具有優(yōu)勢(shì)。
涂層材料成分及激光功率、掃描速度、搭接率、光斑直徑等都會(huì)對(duì)合金化層組織產(chǎn)生重要影響。本發(fā)明選用優(yōu)化的工藝參數(shù)，在激光合金化過(guò)程中，預(yù)置在軋輥表面的納米碳化物陶瓷涂料在高溫作用下發(fā)生迅速的溶解和分解，并均勻地分布在熔化層中，在超快速凝固過(guò)程中起到固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化的作用，并且使合金化層具有高度的熱穩(wěn)定性。由于組織高度細(xì)化還使合金層強(qiáng)度、塑性、韌性得到提高。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一首先將待強(qiáng)化或修復(fù)軋輥機(jī)加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀。然后對(duì)激光將要輻照處理的一面進(jìn)行研磨，去油污和適當(dāng)?shù)那逑础Ｔ賹⒒旌暇鶆虻耐苛暇鶆蛲吭谲堓伇砻?，預(yù)涂厚度為0.02mm，風(fēng)干。打開(kāi)SIEMENS數(shù)控機(jī)床，利用DL-HL-T10000型CO2激光器按照優(yōu)化的工藝參數(shù)掃描涂有涂料的軋輥。具體工藝參數(shù)為激光功率P＝1500W，掃描速度V＝1.8m/min，搭接率為20％，光斑直徑為D＝0.8mm。
實(shí)施例二首先將待強(qiáng)化或修復(fù)軋輥機(jī)加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀。然后對(duì)激光將要輻照處理的一面進(jìn)行研磨，去油污和適當(dāng)?shù)那逑?。再將混合均勻的涂料均勻涂在軋輥表面，預(yù)涂厚度為0.03mm，風(fēng)干。打開(kāi)SIEMENS數(shù)控機(jī)床，利用DL-HL-T10000型CO2激光器按照優(yōu)化的工藝參數(shù)掃描涂有涂料的軋輥。具體工藝參數(shù)為激光功率P＝2500W，掃描速度V＝3.0m/min，搭接率為25％，光斑直徑為D＝2mm。
實(shí)施例三首先將待強(qiáng)化或修復(fù)軋輥機(jī)加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀。然后對(duì)激光將要輻照處理的一面進(jìn)行研磨，去油污和適當(dāng)?shù)那逑础Ｔ賹⒒旌暇鶆虻耐苛暇鶆蛲吭谲堓伇砻?，預(yù)涂厚度為0.04mm，風(fēng)干。打開(kāi)SIEMENS數(shù)控機(jī)床，利用DL-HL-T10000型CO2激光器按照優(yōu)化的工藝參數(shù)掃描涂有涂料的軋輥。具體工藝參數(shù)為激光功率P＝8000W，掃描速度V＝15m/min，搭接率為30％，光斑直徑為D＝4mm。
權(quán)利要求
1.一種冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化的方法，其特征在于它包括以下工藝過(guò)程(1)機(jī)加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀，然后對(duì)激光將要輻照處理的一面進(jìn)行研磨，去油污和適當(dāng)?shù)那逑矗?2)用酚醛樹(shù)脂粘接劑將納米碳化物陶瓷涂料混合均勻，然后均勻地涂在預(yù)處理后的軋輥表面，預(yù)涂厚度為0.01～0.05mm，然后風(fēng)干；(3)選用高功率CO2激光器對(duì)軋輥外表面預(yù)涂的納米陶瓷涂料層進(jìn)行快速掃描；工藝參數(shù)如下激光功率P＝1000～10000W，掃描速度V＝1.5～20m/min，搭接率為15～35％，光斑直徑為D＝0.6～5mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化的方法，其特征在于首先將待強(qiáng)化或修復(fù)軋輥機(jī)加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀，然后對(duì)激光將要輻照處理的一面進(jìn)行研磨，去油污和適當(dāng)?shù)那逑?；再將混合均勻的涂料均勻涂在軋輥表面，預(yù)涂厚度為0.02mm，風(fēng)干，打開(kāi)SIEMENS數(shù)控機(jī)床，利用高功率CO2激光器按照優(yōu)化的工藝參數(shù)掃描涂有涂料的軋輥，具體工藝參數(shù)為激光功率P＝1500W，掃描速度V＝1.8m/min，搭接率為20％，光斑直徑為D＝0.8mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化的方法，其特征在于首先將待強(qiáng)化或修復(fù)軋輥機(jī)加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀，然后對(duì)激光將要輻照處理的一面進(jìn)行研磨，去油污和適當(dāng)?shù)那逑?；再將混合均勻的涂料均勻涂在軋輥表面，預(yù)涂厚度為0.03mm，風(fēng)干，打開(kāi)SIEMENS數(shù)控機(jī)床，利用高功率CO2激光器按照優(yōu)化的工藝參數(shù)掃描涂有涂料的軋輥，具體工藝參數(shù)為激光功率P＝2500W，掃描速度V＝3.0m/min，搭接率為25％，光斑直徑為D＝2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化的方法，其特征在于首先將待強(qiáng)化或修復(fù)軋輥機(jī)加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀，然后對(duì)激光將要輻照處理的一面進(jìn)行研磨，去油污和適當(dāng)?shù)那逑?；再將混合均勻的涂料均勻涂在軋輥表面，預(yù)涂厚度為0.04mm，風(fēng)干，打開(kāi)SIEMENS數(shù)控機(jī)床，利用高功率CO2激光器按照優(yōu)化的工藝參數(shù)掃描涂有涂料的軋輥，具體工藝參數(shù)為激光功率P＝8000W，掃描速度V＝15m/min，搭接率為30％，光斑直徑為D＝4mm。
全文摘要
一種冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化的方法，其特征在于它包括以下工藝過(guò)程(1)機(jī)加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀，然后對(duì)激光將要輻照處理的一面進(jìn)行研磨，去油污和適當(dāng)?shù)那逑矗?2)用酚醛樹(shù)脂粘接劑將納米碳化物陶瓷涂料混合均勻，然后均勻地涂在預(yù)處理后的軋輥表面，預(yù)涂厚度為0.01～0.05mm，然后風(fēng)干；(3)選用高功率CO
文檔編號(hào)C23D5/00GK1932079SQ20061004799
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2006年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月12日
發(fā)明者陶興啟, 黃旭東, 劉常升, 陳海濤, 孫桂芳, 董容剛 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)大陸激光成套設(shè)備有限公司