激光熔覆強化截齒座的制備方法
【專利摘要】一種激光熔覆強化截齒座的制備方法，其主要是：對普通截齒座基材半圓周表面進行預處理；根據(jù)工況要求，配制合金粉末，其合金粉末的化學成分質(zhì)量百分比為：C0.15-0.85%，Cr7.5-25%，Ni2.5-32%，Mo5-15%，W2.7-4.7%，Si2.6-4.26%，Nb1.81-3.21%，余量為Fe；將截齒座固定在激光加工機床上，利用大功率半導體激光光束掃描，使得通過氣動、重力、鋪粉或膠粉方法輸送到截齒座上的合金粉末與基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，獲得均勻的0.6-1.8mm厚耐沖擊磨損合金層。本發(fā)明制備工藝簡單、無污染，適合大規(guī)模生產(chǎn)，制備的強化截齒座使用壽命長、成本低，具有突出的經(jīng)濟效益和社會效益。
【專利說明】激光熔覆強化截齒座的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機械加工領(lǐng)域，特別涉及一種滾筒采煤機部件的制備方法，
【背景技術(shù)】
[0002]滾筒采煤機是目前國內(nèi)外煤礦廣泛使用的采煤機械之一，截齒座是其關(guān)鍵性零件之一。在采煤機截割煤層過程中，由于工礦條件復雜，往往造成截齒座早期磨損失效，截齒座的消耗量非常大。
[0003]近年來，針對如何提高截齒座的使用壽命，很多工程技術(shù)人員從設計、選材、裝配等方面進行了很多改進，如改進熱處理方式等。截齒座常用材料為45鋼、40Cr、40CrNiMo、40CrMo、42CrMo鋼和35CrMnSi等中低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)熱處理后，有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好。然而，在實際使用中發(fā)現(xiàn)，這些常規(guī)材質(zhì)的截齒座往往壽命較短，工作中磨損非常嚴重，遠低于設計壽命就發(fā)生失效，影響了滾筒采煤機的生產(chǎn)效率和可靠性。
[0004]隨著煤炭采掘深度的提高和煤矸石等雜質(zhì)的增加，對截齒座提出了更加苛刻的要求，現(xiàn)有工藝方法無法滿足截齒座長時間、低成本、低消耗的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、節(jié)能環(huán)保、成本低廉、并能提高截齒座使用壽命的激光熔覆強化截齒座的制備方法。本發(fā)明主要是在傳統(tǒng)截齒座基礎上，通過激光熔覆合金粉末技術(shù)強化截齒座。
[0006]本發(fā)明的制備方法如下: [0007](I)對普通截齒座基材的半圓周表面進行預處理，用噴砂、打磨、清洗等方法清除截齒座基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等雜質(zhì)；所述的普通截齒座基材其材質(zhì)是45鋼、40Cr、40CrMo、42CrMo和35CrMnSi鋼等中低碳合金結(jié)構(gòu)鋼。
[0008](2)配制合金粉末，其合金粉末的化學成分質(zhì)量百分比為:C0.15-0.85%,Cr7.5-25%, Ni2.5-32%, Mo5_15%，W2.7-4.7%, Si2.6-4.26%, Nbl.81-3.21%，余量為 Fe ;合金粉末的粒度為120-325目。
[0009](3)將上述合金粉末采用三維混粉器混合2小時，混合均勻。
[0010](4)將上述經(jīng)過處理的截齒座固定在大功率激光加工機床上，通過卡盤帶動截齒座旋轉(zhuǎn)；采用氣動、膠粉、鋪粉或者重力方式往截齒座上鋪或送上述合金粉，粉層厚度為
0.6-2.0mm。
[0011](5)利用大功率半導體激光器輸出的高能量光束,掃描鋪好或輸送到位的合金粉末，半導體激光器功率P = 800-38001、矩形光斑2父8111111、搭接率10-50 %、掃描速度V =100-720mm/min,使得合金粉末與截齒座基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，隨著截齒座的運動，在截齒座半圓周基材表面獲得均勻的0.4-1.8mm厚耐沖擊磨損合金層。
[0012]在半導體激光器輸出高能量光束作用下，合金粉末與截齒座半圓周基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，在周圍常溫金屬的冷卻作用下，獲得了晶粒細小、組織致密帶有陶瓷顆粒增強相的合金層，制得了強化截齒座，明顯提高了截齒座的使用壽命。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0014]1、制備工藝簡單、無污染，降低了企業(yè)成本，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0015]2、采用本發(fā)明方法制得的截齒座半圓周表面合金層中彌散分布著大量碳化物陶
瓷硬質(zhì)相，具有理想的抗沖擊、抗磨粒磨損及硬面磨損性能。采用本發(fā)明方法制備的強化截
齒座，其壽命較傳統(tǒng)熱處理后的40Cr截齒座提高3倍以上，具有突出的經(jīng)濟效益和社會效.、
Mo
【具體實施方式】
[0016]實施例1:
[0017]對45鋼截齒座的半圓周表面進行預處理，采用噴砂及清洗方法清除截齒座基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等雜質(zhì)；配制合金粉末，合金粉末的粒度為120-325目，合金粉末的化學成分質(zhì)量百分比為:C0.15%, Crl6%, Ni2.5%, Mo 10%, W4.7%, Si2.6%, Nbl.81%，余量為Fe ;用三維混粉器混合2小時，混合均勻；將截齒座固定在大功率激光加工機床上，通過卡盤的旋轉(zhuǎn)帶動截齒座旋轉(zhuǎn)；采用重力方式送上述合金粉，粉層厚度為0.6mm ;利用大功率半導體激光器輸出的高能量光束，掃描輸送到位的合金粉末，半導體激光器功率P = 1200W、矩形光斑2X8mm、搭接率10%、掃描速度V = 300mm/min，使得合金粉末與截齒座基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，隨著截齒座的運動，在截齒座基材半圓周表面獲得均勻的0.4mm厚耐沖擊磨損合金層。
[0018]實施例2:
[0019]對40Cr鋼截齒座的半圓周表面進行預處理，采用噴砂及清洗方法清除截齒座基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等雜質(zhì)；配制合金粉末，合金粉末的粒度為120-325目，合金粉末化學成分質(zhì)量百分比為:C0.15%, Cr25%, Ni2.5%, Mo5%, W2.7%, Si2.6%, Nb3.21%，余量為Fe ;用三維混粉器混合2小時，混合均勻；將上述截齒座固定在大功率激光加工機床上，通過卡盤的旋轉(zhuǎn)帶動截齒座旋轉(zhuǎn)；采用氣動方式往截齒座上送上述合金粉，粉層厚度為
2.0mm ;利用大功率半導體激光器輸出的高能量光束,掃描輸送到位的合金粉末,半導體激光器功率P = 2500W、矩形光斑2X8mm、搭接率30%、掃描速度V = 420mm/min，使得合金粉末與截齒座基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，隨著截齒座的運動，在截齒座基材半圓周表面獲得均勻的1.8mm厚耐沖擊磨損合金層，制得表面無裂紋等缺陷的耐沖擊磨粒磨損的強化截齒座。
[0020]實施例3:
[0021]對40CrMo鋼截齒座的半圓周表面進行預處理，采用打磨方法清除截齒座基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等雜質(zhì)；配制合金粉末，合金粉末的粒度為120-325目，合金粉末的化學成分質(zhì)量百分比為:C0.65%, Cr 15%, Ν?22.2%, Mo5%, W4.7%, Si2.6%, Nbl.81%，余量為Fe ;用三維混粉器混合2小時，混合均勻；將截齒座固定在大功率激光加工機床上，通過卡盤的旋轉(zhuǎn)帶動截齒座旋轉(zhuǎn)；采用鋪粉方式將上述合金粉鋪到截齒座上，粉層厚度為1.2mm ；利用大功率半導體激光器輸出的高能量光束，掃描鋪送到位的合金粉末，半導體激光器功率P = 1800W、矩形光斑2X8mm、搭接率20%、掃描速度V = 420mm/min，使得合金粉末與截齒座基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，隨著截齒座的運動，在截齒座基材半圓周表面獲得均勻的1.0mm厚耐沖擊磨損合金層，制得表面無裂紋等缺陷的耐沖擊磨粒磨損的強化截齒座。
[0022]實施例4:
[0023]對35CrMnSi鋼截齒座的半圓周表面進行預處理，采用噴砂及清洗方法清除截齒座基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等雜質(zhì)；配制合金粉末，合金粉末的粒度為120-325目，合金粉末的化學成分質(zhì)量百分比為:C0.35%, Crl6%, Ni3.5%, Μο5.15%, W4.7%, Si4.26%,Nbl.81%，余量為Fe ;用三維混粉器混合2小時，混合均勻；將截齒座固定在大功率激光加工機床上，通過卡盤的旋轉(zhuǎn)帶動截齒座旋轉(zhuǎn)；采用膠粉方式往截齒座上涂覆上述合金粉，粉層厚度為0.9mm ;利用大功率半導體激光器輸出的高能量光束，掃描輸送到位的合金粉末，半導體激光器功率P = 1750W、矩形光斑2X8mm、搭接率30%、掃描速度V = 420mm/min，使得合金粉末與截齒座基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，隨著截齒座的運動，在截齒座基材半圓周表面獲得均勻的0.7mm厚耐沖擊磨損合金層，制得表面無裂紋等缺陷的耐沖擊磨粒磨損的強化截齒座。
[0024]實施例5:
[0025]對35CrMnSi鋼截齒座的半圓周表面進行預處理，采用噴砂及清洗方法清除截齒座基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等雜質(zhì)；配制合金粉末，合金粉末的粒度為120-325目，合金粉末的化學成分質(zhì)量百分比為:C0.85%, Cr25%, Ni6.5%, Mo5%, W2.7%, Si4.26%, Nb3.21%,余量為Fe ;用三維混粉器混合2小時，混合均勻；將截齒座固定在大功率激光加工機床上，通過卡盤的旋轉(zhuǎn)帶動截齒座旋轉(zhuǎn)；采用重力方式往截齒座上送上述合金粉，粉層厚度為
0.8mm ;利用大功率半導體激光器輸出的高能量光束,掃描輸送到位的合金粉末,半導體激光器功率P = 1950W、矩形光斑2X8mm、搭接率20%、掃描速度V = 520mm/min，使得合金粉末與截齒座基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，隨著截齒座的運動，在截齒座基材半圓周表面獲得均勻的0.6mm厚耐沖擊磨損合金層，制得表面無裂紋等缺陷的耐沖擊磨粒磨損的強化截齒座。
[0026]實施例6:
[0027]對42CrMo鋼截齒座的半圓周表面進行預處理，采用噴砂及清洗方法清除截齒座基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等雜質(zhì)；配制合金粉末，合金粉末的粒度為120-325目，合金粉末的化學成分質(zhì)量百分比為:C0.25%, Cr 15%, Ni 12%, Mo7%, W3.7%, Si2.6%, Nb2.21%，余量為Fe ;用三維混粉器混合2小時，混合均勻；將截齒座固定在大功率激光加工機床上，通過卡盤的旋轉(zhuǎn)帶動截齒座旋轉(zhuǎn)；采用氣動方式往截齒座上送上述合金粉，粉層厚度為1.0mm ；利用大功率半導體激光器輸出的高能量光束，掃描輸送到位的合金粉末，半導體激光器功率P = 2800W、矩形光斑2X8mm、搭接率50%、掃描速度V = 720mm/min，使得合金粉末與截齒座基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，隨著截齒座的運動，在截齒座基材半圓周表面獲得均勻的0.8mm厚耐沖擊磨損合金層，制得表面無裂紋等缺陷的耐沖擊磨粒磨損的強化截齒座。
[0028]實施例7:
[0029]對40CrMo鋼截齒座的半圓周表面進行預處理，采用噴砂及清洗方法清除截齒座基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等雜質(zhì)；配制合金粉末，合金粉末的粒度為120-325目，合金粉末的化學成分質(zhì)量百分比為:C0.45%, Cr 15%, Ni2.5%, Mo 10%, W4.7%, Si3.26%, Nbl.21%,余量為Fe ;用三維混粉器混合2小時，混合均勻；將截齒座固定在大功率激光加工機床上，通過卡盤的旋轉(zhuǎn)帶動截齒座旋轉(zhuǎn)；采用重力方式往截齒座上送上述合金粉，粉層厚度為
1.7mm ;利用大功率半導體激光器輸出的高能量光束,掃描輸送到位的合金粉末,半導體激光器功率P = 2800W、矩形光斑2X8mm、搭接率30%、掃描速度V = 520mm/min，使得合金粉末與截齒座基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，隨著截齒座的運動，在截齒座基材半圓周表面獲得均勻的1.5mm厚耐沖擊磨損合金層，制得表面無裂紋等缺陷的耐沖擊磨粒磨損的強化截齒座。
[0030]實施例8:
[0031]對35CrMnSi鋼截齒座的半圓周表面進行預處理，采用噴砂及清洗方法清除截齒座基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等雜質(zhì)；配制合金粉末，合金粉末的粒度為120-325目，合金粉末的化學成分質(zhì)量百分比為:C0.25%, Cr7.5%, Ni 12%, Μο5.15%, W4.7%, Si2.6%,Nb3.21%，余量為Fe ;用三維混粉器混合2小時，混合均勻；將截齒座固定在大功率激光加工機床上，通過卡盤的旋轉(zhuǎn)帶動截齒座旋轉(zhuǎn)；采用鋪粉方式往截齒座上鋪上述合金粉，粉層厚度為1.3mm ;利用大功率半導體激光器輸出的高能量光束，掃描輸送到位的合金粉末，半導體激光器功率P = 1800W、矩形光斑2X8mm、搭接率30%、掃描速度V = 460mm/min，使得合金粉末與截齒座基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，隨著截齒座的運動，在截齒座基材半圓周表面獲得均勻的1.1mm厚耐沖擊磨損合金層，制得表面無裂紋等缺陷的耐沖擊磨粒磨損的強化截齒座。
[0032]實施例9:
[0033]對40Cr鋼截齒座的半圓周表面進行預處理，采用噴砂及清洗方法清除截齒座基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等雜質(zhì)；配制合金粉末，合金粉末的粒度為120-325目，合金粉末化學成分質(zhì)量百分.比為:C0.15%, Cr25%, Ni32%, Mo5%, W2.7%, Si2.6%, Nb3.21%，余量為Fe ;用三維混粉器混合2小時，混合均勻；將上述截齒座固定在大功率激光加工機床上，通過卡盤的旋轉(zhuǎn)帶動截齒座旋轉(zhuǎn)；采用氣動方式往截齒座上送上述合金粉，粉層厚度為
2.0mm ;利用大功率半導體激光器輸出的高能量光束,掃描輸送到位的合金粉末,半導體激光器功率P = 800W、矩形光斑2X8mm、搭接率30%、掃描速度V = 100mm/min，使得合金粉末與截齒座基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，隨著截齒座的運動，在截齒座基材半圓周表面獲得均勻的1.8mm厚耐沖擊磨損合金層，制得表面無裂紋等缺陷的耐沖擊磨粒磨損的強化截齒座。
[0034]實施例10:
[0035]對40CrMo鋼截齒座的半圓周表面進行預處理，采用噴砂及清洗方法清除截齒座基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等雜質(zhì)；配制合金粉末，合金粉末的粒度為120-325目，合金粉末化學成分質(zhì)量百分比為:C0.15%, Cr25%, Ni 16%, Mo5%, W2.7%, Si2.6%, Nb3.21%，余量為Fe ;用三維混粉器混合2小時，混合均勻；將上述截齒座固定在大功率激光加工機床上，通過卡盤的旋轉(zhuǎn)帶動截齒座旋轉(zhuǎn)；采用氣動方式往截齒座上送上述合金粉，粉層厚度為
2.0mm ;利用大功率半導體激光器輸出的高能量光束,掃描輸送到位的合金粉末,半導體激光器功率P = 3800W、矩形光斑2X8mm、搭接率30%、掃描速度V = 650mm/min，使得合金粉末與截齒座基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，隨著截齒座的運動，在截齒座基材半圓周表面獲得均勻的1.8mm厚耐沖擊磨損合金層，制得表面無裂紋等缺陷的耐沖擊磨粒磨損的強化截 齒座。
【權(quán)利要求】
1.一種激光熔覆強化截齒座的制備方法，其特征在于: (1)對普通截齒座基材的半圓周表面進行預處理，用噴砂、打磨、清洗等方法清除截齒座基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等雜質(zhì)； (2)配制合金粉末，其合金粉末的化學成分質(zhì)量百分比為:C0.15-0.85%，Cr7.5-25%,Ni2.5-32%, Mo5-15%, W2.7-4.7%, Si2.6-4.26%, Nbl.81-3.21%，余量為 Fe ； (3)將上述合金粉末采用三維混粉器混合2小時，混合均勻； (4)將上述經(jīng)過處理的截齒座固定在大功率激光加工機床上，通過卡盤帶動截齒座旋轉(zhuǎn)；采用氣動、膠粉、鋪粉或者重力方式往截齒座上鋪或送上述合金粉，粉層厚度為0.6-2.0mm ; (5)利用大功率半導體激光器輸出的高能量光束，掃描鋪好或輸送到位的合金粉末，半導體激光器功率P = 800-38001、矩形光斑2父8111111、搭接率10-50 %、掃描速度V =100-720mm/min,使得合金粉末與截齒座基材表面金屬發(fā)生快速冶金反應，隨著截齒座的運動，在截齒座半圓周基材表面獲得均勻的0.4-1.8mm厚耐沖擊磨損合金層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆強化截齒座的制備方法，其特征在于:所述合金粉末的粒度為120-325目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光熔覆強化截齒座的制備方法，其特征在于，所述的普通截齒座的材質(zhì)是45鋼、.40Cr、40CrMo、42CrMo和35CrMnSi鋼等中低碳合金結(jié)構(gòu)鋼。
【文檔編號】E21C35/183GK103436880SQ201310325713
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】鄭麗娟, 霍立軍, 付宇明, 陳德勝 申請人:燕山大學