專利名稱：一種雙合金熔覆層眼鏡板及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混凝土泵車眼鏡板以及激光熔覆表面技術(shù)，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
S形泵送分配閥是混凝土泵的關(guān)鍵部件，連接輸送缸和輸送管，協(xié)調(diào)各部件動作的機構(gòu)，直接影響混凝土泵的使用性能。眼鏡板是S閥中的易磨損零件，與混凝土輸送缸連通，運動部件S管在擺動油缸的驅(qū)動下，將混凝土從一側(cè)混凝土缸口切換到另一側(cè)混凝土缸口上，切割環(huán)隨S管貼著眼鏡板運動，與眼鏡板構(gòu)成切換摩擦副。由于工作介質(zhì)是混凝土，切割環(huán)的快速擺動使眼鏡板產(chǎn)生強烈的磨粒磨損，同時承受切斷石子時產(chǎn)生的沖擊力及剪切力。傳統(tǒng)的眼鏡板是由眼鏡板母體與拼接的硬質(zhì)合金釬焊而成，眼鏡板的主要失效形式是磨損、硬質(zhì)合金的碎裂崩塊失效。眼鏡板和切割環(huán)之間的磨損屬于磨粒磨損。磨損首先表現(xiàn)為眼鏡板孔口棱角磨鈍，并形成較小的圓弧面楔形口，隨著參與磨損的磨料粒徑的增大，磨損間隙也隨之增大，眼鏡板與切割環(huán)之間的密封性能變差并直接影響到混凝土泵的輸送能力。而隨著泵送高度的增加，眼鏡板的沖擊剪切會增大，磨損更劇烈，硬質(zhì)合金碎裂崩塊的幾率大大增加。影響眼鏡板使用壽命的主要因素是硬質(zhì)合金的崩塊現(xiàn)象，而不在于材料本身的正常磨損，因此改善硬質(zhì)合金的韌性以及硬質(zhì)合金與眼鏡板母體的結(jié)合力成為要解決問題的關(guān)鍵?；谝陨鲜б蛩?，造成眼鏡板的使用方量僅為30000m3左右，遠不能滿足實際需要。中國專利03114161. 7采用鑄造的方式完成眼鏡板母體與硬質(zhì)合金的結(jié)合，但鑄造過程最硬質(zhì)合金有顯著的熱沖擊。中國專利200610136821. 3提供了一種耐磨眼鏡板和耐磨切割環(huán)，在鋼坯外表面和通孔內(nèi)鑄造顆粒增強鋼基復合耐磨材料。中國專利 200710187135. 3提供了一種混凝土輸送泵用眼鏡板和切割環(huán)，采用硬質(zhì)合金環(huán)仍采用拼接方式。中國專利201010186989. 1采用鎳包金剛石或立方氮化硼復合鍍層制備眼鏡板和切割環(huán)，但材料成本較高。以上傳統(tǒng)的常規(guī)方法仍有不盡人意的方面，眼鏡板的使用壽命尚需進一步提高。 激光熔覆技術(shù)可實現(xiàn)工件的強化及制造，具有廣闊的應用前景。激光熔覆技術(shù)比常規(guī)涂層方法有更明顯的優(yōu)點，可以實現(xiàn)涂層與基體之間的冶金結(jié)合，涂層厚度可以實現(xiàn)比較精確的控制，可對涂層材料的成分進行靈活調(diào)整。為了提高眼鏡板的使用壽命，并根據(jù)眼鏡板不同工作部位的失效特點，有針對性的激光熔覆不同的合金材料，達到節(jié)省貴重金屬材料、降低處理成本的目的。

發(fā)明內(nèi)容
為解決眼鏡板的磨損及硬質(zhì)合金的崩塊問題，提高眼鏡板的使用壽命并降低制造成本，提供一種雙合金熔覆層眼鏡板及制備方法。本發(fā)明在眼鏡板基體(普通碳鋼)1的內(nèi)孔部2、眼鏡內(nèi)環(huán)部3激光熔覆鐵基合金，在眼鏡外環(huán)部4激光熔覆高耐磨鎳鎢合金涂層，獲得一種雙合金耐磨層眼鏡板；所述的鐵基合金，其化學成分為C :0. 40-0. 70wt B 2. 0-3. Owt Cr 20-24wt%,Ni :4-7wt%,Si :1. 8-3. 0wt%、余量 Fe。所述的鎳鎢合金，其化學成分為C 2. 2-2. 7wt Cr :10-13wt Si
1.8-2. 8wt%,ff :50-60wt%,B :1. 5-2. 4wt%、余量 Ni。本發(fā)明的一種雙合金耐磨層眼鏡板及制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)采用等離子切割或激光切割的方式從碳鋼板材上得到眼鏡板母體。(2)對眼鏡板基體進行機械加工，在眼鏡板兩個孔的內(nèi)表面預留2. 5-3. Omm的后續(xù)熔覆厚度，并加工眼鏡板安裝孔。(3)將眼鏡板安裝于帶旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作臺上，采用鐵基合金進行眼鏡板內(nèi)孔的激光熔覆。內(nèi)孔熔覆結(jié)束后，將眼鏡板安裝于用鑄鐵制造的水平工作臺面上，采用鐵基合金進行眼鏡板內(nèi)環(huán)面的激光熔覆，鐵基合金的熔覆搭接率為50% _60%，熔覆厚度為
2.8-3. Omm0(4)眼鏡板內(nèi)環(huán)面激光熔覆結(jié)束后，采用鎳鎢合金進行眼鏡板外環(huán)面及孔間弧面區(qū)域的激光熔覆，鎳鎢合金的熔覆搭接率為50% -60%，熔覆厚度為2. 8-3. 0mm。(5)眼鏡板去應力熱處理在450-500°C保溫8小時，然后隨爐緩冷；(6)完成激光熔覆層的磨削處理。。本發(fā)明的效果體現(xiàn)在激光熔覆所用材料不同于常規(guī)制造硬質(zhì)合金的粉末，鎳鎢硬質(zhì)合金具有一定的自熔性，材料配比自主研發(fā)，適合于激光熔覆工藝。另外采用韌性較好且耐磨的材料做為孔口材料，對硬度較高的鎳鎢合金有一定的保護作用，不致于在使用時脫落。


圖1是眼鏡板基體及各部位熔覆層示意2是圓弧段激光熔覆軌跡示意圖1.眼鏡板基體2.內(nèi)孔熔覆層3.內(nèi)環(huán)面熔覆層4.外環(huán)面熔覆層5.安裝孔6.圓弧段熔覆軌跡
具體實施例方式實施例1(1)選取35鋼為眼鏡板基材，并按照圖紙采用激光切割的方式獲得精度較高的眼鏡板基體(眼鏡板外輪廓及兩個孔切割)，基體厚度30mm ；(2)對眼鏡板基體進行機械加工，在眼鏡板兩個孔的內(nèi)表面預留3. Omm的后續(xù)熔覆厚度，并加工眼鏡板安裝孔。(3)激光熔覆裝備采用Trumpf 6000瓦C02激光器(波長10. 6um)，同軸熔覆頭， 雙筒送粉器，其中一筒裝填鐵基合金粉末，另外一筒裝填鎳鎢硬質(zhì)合金粉末。所用鐵基合金的化學成分為 C 0. 70wt%,B 3. 0wt%,Cr :24wt%,Ni :7wt%、Si :3. 0wt%、余量 i^e。所用鎳鎢合金的化學成分為 C 2. 7wt%, Cr :13wt%, Si :2. 8wt%, W :60wt%, B :2. 4wt%、余量Ni。
(4)將眼鏡板安裝于帶旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作臺上，采用鐵基合金進行眼鏡板內(nèi)孔的激光熔覆，光斑直徑4. Omm,熔覆功率3KW，激光掃描線速度300mm/min，送粉速率20g/min，熔覆搭接率為50 %，熔覆厚度為3. 0mm。(5)內(nèi)孔熔覆結(jié)束后，將眼鏡板安裝于用鑄鐵制造的水平工作臺面上，采用鐵基合金及與內(nèi)孔相同工藝參數(shù)進行眼鏡板內(nèi)環(huán)面(圖1中^與Φ2之間的區(qū)域)的激光熔覆， 內(nèi)環(huán)面半徑方向為4. 0mm。(6)采用鎳鎢合金進行眼鏡板外環(huán)面(圖1中Φ2與Φ3之間的區(qū)域)的激光熔覆，激光熔覆功率2. 6KW，熔覆搭接率為50 %，激光掃描線速度300mm/min，送粉速率20g/ min，熔覆厚度為3. 0mm，熔覆軌跡為同心圓。(7)采用鎳鎢合金進行眼鏡板兩孔間圓弧段(兩個。3與隊、1 2圍成的區(qū)域)的激光熔覆，激光熔覆功率2. 6KW，激光掃描線速度300mm/min，送粉速率25g/min，熔覆搭接率為50%，熔覆厚度為3. 0mm，熔覆軌跡為同心圓弧，圓弧長度由圓弧段與Φ3圓的交點確定， 熔覆軌跡如圖2所示。(8)眼鏡板去應力熱處理在500°C保溫8小時，然后隨爐緩冷；(9)完成圓環(huán)面與圓弧面激光熔覆層的磨削處理(內(nèi)孔不加工)，機械加工后獲得 2. 5mm厚的熔覆層。實際使用效果表明，與傳統(tǒng)釬焊硬質(zhì)合金眼鏡板相比，激光熔覆制造的雙合金眼鏡板的使用方量顯著提高，達到50000m3以上，且超硬熔覆層無脫落或崩落現(xiàn)象。實施例2(1)選取45鋼為眼鏡板基材，并按照圖紙采用激光切割的方式獲得精度較高的眼鏡板基體(眼鏡板外輪廓及兩個孔切割)，基體厚度30mm ；(2)對眼鏡板基體進行機械加工，在眼鏡板兩個孔的內(nèi)表面預留3. Omm的后續(xù)熔覆厚度，并加工眼鏡板安裝孔。(3)激光熔覆裝備采用4000瓦光纖輸出的半導體激光器(波長1070nm)，同軸熔覆頭，雙筒送粉器，其中一筒裝填鐵基合金粉末，另外一筒裝填鎳鎢硬質(zhì)合金粉末。所用鐵基合金的化學成分為 C 0. 55wt%, B 2. 5wt%, Cr :22wt%, Ni 5. 5%, Si :2. 4wt%、余量 I^e。所用鎳鎢合金的化學成分為 C 2. 4wt%, Cr :11. 5wt%, Si :2. 3wt%,ff :55wt%、B 1. 9wt%、余量 Ni ；(4)將眼鏡板安裝于帶旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作臺上，采用鐵基合金進行眼鏡板內(nèi)孔的激光熔覆，光斑直徑3. Omm,熔覆功率2. 5KW，激光掃描線速度340mm/min，送粉速率Mg/min， 熔覆搭接率為55%，熔覆厚度為3. 0mm。(5)內(nèi)孔熔覆結(jié)束后，將眼鏡板安裝于用鑄鐵制造的水平工作臺面上，采用鐵基合金及與內(nèi)孔相同工藝參數(shù)進行眼鏡板內(nèi)環(huán)面(圖1中^與Φ2之間的區(qū)域)的激光熔覆， 內(nèi)環(huán)面半徑方向為3. 0mm。(6)采用鎳鎢合金進行眼鏡板外環(huán)面(圖1中。2與Φ3之間的區(qū)域)的激光熔覆， 激光熔覆功率2. 3KW，激光掃描線速度340mm/min，送粉速率Mg/min，熔覆搭接率為55%， 熔覆厚度為2. 9mm，熔覆軌跡為同心圓。(7)采用鎳鎢合金進行眼鏡板兩孔間圓弧段(兩個。3與隊、1 2圍成的區(qū)域)的激光熔覆，激光熔覆功率2. 3KW，激光掃描線速度340mm/min，送粉速率^g/min，熔覆搭接率為，熔覆厚度為2. 9mm，熔覆軌跡為同心圓弧，圓弧長度由圓弧段與Φ3圓的交點確定， 熔覆軌跡如圖2所示。(8)眼鏡板去應力熱處理在500°C保溫8小時，然后隨爐緩冷；(9)完成圓環(huán)面與圓弧面激光熔覆層的磨削處理(內(nèi)孔不加工)，機械加工后獲得 2. 5mm厚的熔覆層。實際使用效果表明，與傳統(tǒng)釬焊硬質(zhì)合金眼鏡板相比，激光熔覆制造的雙合金眼鏡板的使用方量顯著提高，達到48000m3以上，且超硬熔覆層無脫落或崩落現(xiàn)象。實施例3(1)選取45鋼為眼鏡板基材，并按照圖紙采用激光切割的方式獲得精度較高的眼鏡板基體(眼鏡板外輪廓及兩個孔切割)，基體厚度30mm ；(2)對眼鏡板基體進行機械加工，在眼鏡板兩個孔的內(nèi)表面預留3. Omm的后續(xù)熔覆厚度，并加工眼鏡板安裝孔。(3)激光熔覆裝備采用3000瓦光纖輸出的半導體激光器(波長808-975nm)，同軸熔覆頭，雙筒送粉器，其中一筒裝填鐵基合金粉末，另外一筒裝填鎳鎢硬質(zhì)合金粉末。所用鐵基合金的化學成分為 C 0. 40wt%, B 2. OwtCr :20wt%, Ni 4%, Si :1. 8wt%、余量 Fe。所用鎳鎢合金的化學成分為 C 2. 2wt%, Cr :10wt%, Si 1. 8wt%, W :50wt%, B
1.5wt%、余量 Ni ；(4)將眼鏡板安裝于帶旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作臺上，采用鐵基合金進行眼鏡板內(nèi)孔的激光熔覆，光斑直徑3. Omm,熔覆功率2. 3KW，激光掃描線速度350mm/min，送粉速率25g/min， 熔覆搭接率為50%，熔覆厚度為3. 0mm。(5)內(nèi)孔熔覆結(jié)束后，將眼鏡板安裝于HT200制造的水平工作臺面上，采用鐵基合金及與內(nèi)孔相同工藝參數(shù)進行眼鏡板內(nèi)環(huán)面(圖1中^與Φ2之間的區(qū)域)的激光熔覆， 內(nèi)環(huán)面半徑方向為3. 0mm。(6)采用鎳鎢合金進行眼鏡板外環(huán)面(圖1中。2與Φ3之間的區(qū)域)的激光熔覆， 激光熔覆功率2. 0KW，激光掃描線速度350mm/min，送粉速率25g/min，熔覆搭接率為60%， 熔覆厚度為2. 8mm，熔覆軌跡為同心圓。(7)采用鎳鎢合金進行眼鏡板兩孔間圓弧段(兩個。3與隊、1 2圍成的區(qū)域)的激光熔覆，激光熔覆功率2. OKff,激光掃描線速度350mm/min，送粉速率30g/min，熔覆搭接率為60%，熔覆厚度為2. 8mm，熔覆軌跡為同心圓弧，圓弧長度由圓弧段與Φ3圓的交點確定， 熔覆軌跡如圖2所示。(8)眼鏡板去應力熱處理在500°C保溫8小時，然后隨爐緩冷；(9)完成圓環(huán)面與圓弧面激光熔覆層的磨削處理(內(nèi)孔不加工)，機械加工后獲得
2.5mm厚的熔覆層。實際使用效果表明，與傳統(tǒng)釬焊硬質(zhì)合金眼鏡板相比，激光熔覆制造的雙合金眼鏡板的使用方量顯著提高，達到45000m3以上，且超硬熔覆層無脫落或崩落現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種雙合金耐磨層眼鏡板，其特征在于在眼鏡板基體的內(nèi)孔部以及眼鏡內(nèi)環(huán)部激光熔覆有鐵基合金，在眼鏡外環(huán)部激光熔覆有鎳鎢合金；所述的鐵基合金，其化學成分為 C 0. 40-0. 70wt %, B 2. 0-3. Owt Cr :20-24wt%, Ni :4-7wt%,Si :1. 8-3. Owt%、余量 Fe ；所述的鎳鎢合金，其化學成分為 C 2. 2-2. 7wt%, Cr :10_13wt%、Si :1. 8-2. 8wt%,ff 50-60wt%,B :1. 5-2. 4wt%、余量 Ni。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙合金耐磨層眼鏡板的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)采用等離子切割或激光切割的方式從碳鋼板材上得到眼鏡板母體；(2)對眼鏡板基體進行機械加工，在眼鏡板兩個孔的內(nèi)表面預留2.5-3. Omm的后續(xù)熔覆厚度，并加工眼鏡板安裝孔；(3)將眼鏡板安裝于帶旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作臺上，采用鐵基合金進行眼鏡板內(nèi)孔的激光熔覆；內(nèi)孔熔覆結(jié)束后，將眼鏡板安裝于用鑄鐵材質(zhì)制造的水平工作臺面上，采用鐵基合金進行眼鏡板內(nèi)環(huán)面的激光熔覆，鐵基合金的熔覆搭接率為50% _60%，熔覆厚度為 2. 8-3. Omm ；(4)眼鏡板內(nèi)環(huán)面激光熔覆結(jié)束后，采用鎳鎢合金進行眼鏡板外環(huán)面及孔間弧面區(qū)域的激光熔覆，鎳鎢合金的熔覆搭接率為50% -60%，熔覆厚度為2. 8-3. Omm ；(5)眼鏡板去應力熱處理在450-500°C保溫8小時，然后隨爐緩冷；(6)完成激光熔覆層的磨削處理。
全文摘要
一種雙合金熔覆層眼鏡板及制備方法涉及混凝土泵車眼鏡板領(lǐng)域。本發(fā)明在眼鏡板基體的內(nèi)孔部以及眼鏡內(nèi)環(huán)部激光熔覆有鐵基合金，在眼鏡外環(huán)部激光熔覆有鎳鎢合金；所述的鐵基合金，其化學成分為C0.40-0.70wt％、B2.0-3.0wt％、Cr20-24wt％、Ni4-7wt％、Si1.8-3.0wt％、余量Fe；所述的鎳鎢合金，其化學成分為C2.2-2.7wt％、Cr10-13wt％、Si1.8-2.8wt％、W50-60wt％、B1.5-2.4wt％、余量Ni。本發(fā)明為了提高眼鏡板的使用壽命，并根據(jù)不同工作部位的失效特點，激光熔覆不同的合金材料，達到節(jié)省貴重金屬材料、降低處理成本的目的。
文檔編號F04B53/00GK102517578SQ20111043892
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者楊膠溪 申請人:北京工業(yè)大學